novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.23.384-390novtexmech-1218Research ArticleДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА, УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВDYNAMICS, BALLISTICS AND CONTROL OF AIRCRAFTТеоретические основы построения электронной системы пространственного измерения воздушных сигналов летательного аппарата с одним неподвижным приемником набегающего воздушного потокаTheoretical Foundations of Construction of the Electronic System for Spatial Measuring of Air Signals Aircraft Plane’s with One Fixed Receiver of Incoming Air FlowСолдаткиВ. М.SoldatkinV. M.

Д-р техн. наук, проф.

Soldatkin V. M., Dr. Tech. Sc., Professor

Kazan

w-soldatkin@mail.ruМифтаховБ. И.MiftakhovB. I.

Аспирант

Kazan

bulatmiftakhov@mail.ruСолдаткинВ. В.SoldatkinV. V.

Д-р техн. наук, проф.

Kazan

w-soldatkin@mail.ruЕфремоваЕ. С.EfremovaE. S.

Канд. техн. наук, доц.

Kazan

soldatkina1991@bk.ruНикитинА. В.NikitinA. V.

Канд. техн. наук, доц.

Kazan

nikitin.rf@mail.ruКазанский национальный исследовательский технический университет им А. Н. Туполева-КАИРоссияKazan National Research Technical University Named after A. N. Tupolev-KAIRussian Federation202206072022237384390Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20222022Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/1218

Отмечается необходимость получения достоверной информации о воздушных сигналах, определяющих пространственное движение летательных аппаратов (ЛА), в том числе малоразмерных, беспилотных и пилотируемых, для обеспечения безопасности полета в приземном возмущенном слое атмосферы.Показано, что традиционные системы воздушных сигналов ЛА, реализующие аэродинамический и флюгерные методы измерения параметров набегающего воздушного потока с помощью установленных на правом и левом борту и распределенных по фюзеляжу приемников воздушных давлений, температуры торможения и флюгерных датчиков аэродинамических углов атаки и скольжения, имеют сложную конструкцию, значительную массу и стоимость, что ограничивает их применение на малоразмерных, беспилотных и других классах ЛА.Отмечается, что разрабатываемая система воздушных сигналов с одним неподвижным приемником набегающего воздушного потока, построенная на основе вихревого метода измерения параметров набегающего воздушного потока, позволяет существенно упростить конструкцию и снизить массу системы, однако обеспечивает измерение только в азимутальной или вертикальной плоскостях в ограниченном диапазоне измерения аэродинамического угла. Разрабатываемая система воздушных сигналов, реализующая ионно-меточный метод измерения параметров набегающего воздушного потока, позволяет обеспечить панорамное измерение аэродинамического угла, но также только в одной плоскости при усложнении конструкции и повышении требований к идентичности каналов многоканальной измерительной схемы, что также ограничивает их применение на малоразмерных ЛА.Известные возможности и достоинства ультразвукового метода измерения параметров газовых потоков и панорамного датчика аэродинамического угла и истинной воздушной скорости с неподвижным приемником набегающего воздушного потока определили предложение использовать ультразвуковой метод для пространственного измерения воздушных сигналов.Раскрывается функциональная схема электронной системы пространственного измерения воздушных сигналов ЛА с одним (интегрированным) неподвижным приемником набегающего воздушного потока и ультразвуковыми измерительными каналами, подключенными ко входу вычислителя. Для расширения функциональных возможностей на внешней обтекаемой поверхности приемной платы системы установлено отверстие-приемник статического давления, соединенное пневмоканалом со входом датчика абсолютного давления с частотным выходом, который также подключен ко входу вычислителя, на выходе которого формируются цифровые выходные сигналы системы воздушных сигналов ЛА.Получены аналитические модели информативных сигналов и алгоритмов пространственного определения воздушных сигналов в измерительных каналах электронной системы с одним неподвижным приемником набегающего воздушного потока.Раскрываются существенные преимущества рассматриваемой электронной системы, повышающие конкурентоспособность и эффективность применения системы на малоразмерных и других классах ЛА для повышения безопасности полета и эффективности решения полетных задач.

It is noted that it is necessary to obtain reliable information about air signals that determine the spatial movement of aircraft plane (AP), including small-sized, unmanned and manned, to ensure flight safety in the surface disturbed layer of the atmosphere. It is shown that traditional air data systems of AP implementing aerodynamic and wind cock methods for measuring the parameters of incoming air flow using air pressure receivers installed on the right and left side and distributed over the fuselage, braking temperature receiver and wind cock sensors of aerodynamic angles of incidence and gliding have a complex design, considerable weight and cost, which limits their use on small-sized, unmanned and other aircraft classes. It is noted that the developed air data system with one fixed receiver of incoming air flow, built on the basis of the vortex method for measuring the parameters of incoming air flow, can significantly simplify the design and reduce the mass of system, but provides measurement only in the azimuthal or vertical plane in a limited range of measurement of the aerodynamic angle. The air data system being developed, which implements an ion-mark method for measuring the parameters of incoming air flow, allows for panoramic measurement of the aerodynamic angle, but also only in one plane with increasing complexity of the design and increasing requirements for the identity of the channels of the multichannel measuring circuit, which also limits their use on small-sized aircraft. The known capabilities and advantages of the ultrasonic method for measuring the parameters of gas flows and a panoramic sensor of the aerodynamic angle and true airspeed with a fixed receiver of the incoming air flow have determined the possibility of using the ultrasonic method for spatial measurement of air signals. The functional scheme of the electronic system for spatial measuring air signals of aircraft plane with one (integrated) fixed receiver of incoming air flow and ultrasonic instrumentation channels connected to the input of the computer is revealed. To expand the functionality, a static pressure receiver-hole is installed on the external streamlined surface of the system’s receiving board, connected by a pneumatic channel to the input of an absolute pressure sensor with a frequency output, which is also connected to the input of a computer, at the output of which digital output signals of the air data system of aircraft plane are generated. Analytical models of informative signals and algorithms for spatial determination of air signals in instrumentation channels of the electronic system with one fixed receiver of incoming air flow are obtained. The essential advantages of the considered electronic system are revealed, which increase the competitiveness and efficiency of the system application on small-sized and other classes of aircraft planes to improve flight safety and the efficiency of solving flight tasks.

летательный аппаратвоздушные сигналысистемапространственное измерениеэлектроннаянеподвижный приемникфункциональная схемаалгоритмыпреимуществаприменениaircraft planeair signalssystemspatial measurementelectronicfixed receiverfunctional schemealgorithmsadvantagesapplicationReferencesПрактическая аэродинамика маневренного самолета / Под ред. Н. М. Лысенко. М.: Воениздат, 1977. 439 с.Lysenko N. M. ed. Practical aerodynamics of a maneuverable aircraft, Moscow, Voenizdat, 1977, 439 p. (in Russian).Деревянкин В. П. Обнаружение нештатных ситуаций и предотвращение критических режимов полета // Изв. вузов. Авиационная техника. 2004. № 3. С.54—57.Derevyankin V. P. Detection of emergency situations and prevention of critical flight modes, Izvestiya Vuzov. Aviatsionnaya Tekhnika, 2004, no. 3, pp. 54—57 (in Russian).Солдаткин В. М. Методы и средства построения бортовых информационно-управляющих систем обеспечения безопасности полета. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та. 2004. 350 с.Soldatkin V. M. Methods and means of building on-board information-controlling systems for ensure flight safety, Kazan, Publishing house of Kazan State Technical University, 2004, 350 p. (in Russian).Клюев Г. И., Макаров Н. Н., Солдаткин В. М., Ефимов И. П. Измерители аэродинамических параметров летательных аппаратов. Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 2005. 509 с.Klyuev G. I., Makarov N. N., Soldatkin V. M., Efimov I. P. Meters of aerodynamic parameters of aircraft, Ulyanovsk, Publishing house of UlSTU, 2005, 509 p. (in Russian).Кравцов В. Г., Алексеев Н. В. Аэрометрия высотноскоростных параметров летательных аппаратов // Приборы и системы: Управление, контроль, диагностика. 2000. № 8. С. 47—50.Kravtsov V. G., Alekseev N. V. Aerometry of altitudespeed parameters of aircraft, Pribory i Sistemy: Upravleniye. Kontrol. Diagnostika, 2000, no. 8, pp. 47—50 (in Russian).Макаров Н. Н. Системы обеспечения безопасности функционирования бортового эргатического комплекса: Теория, проектирование, применение. М.: Машиностроение / Машиностроение—Полет, 2009. 760 с.Makarov N. N. Systems for ensuring the safety of the functioning of the onboard ergatic complex: Theory, design, application, Moscow, Mashinostroenie, Mashinostroenie-Polet, 2009, 760 p. (in Russian).Солдаткин В. М., Ефремова Е. С. Особенности построения и анализ статической точности вихревой системы воздушных сигналов дозвукового летательного аппарата // Мехатроника, автоматизация, управление. 2019. Т. 20, № 7. С. 443—448.Soldatkin V. M., Efremova E. S. Features of construction and analysis of static accuracy of the vortex system of air signals of a subsonic aircraft, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2019, vol. 20, no. 7, pp. 443—448. (in Russian).Солдаткин В. М., Солдаткин В. В., Крылов Д. Л. Теоретические основы построения системы воздушных сигналов самолета с неподвижным невыступающим приемником потока // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18, № 7. С. 495—502.Soldatkin V. M., Soldatkin V. V., Krylov D. L. Theoretical foundations of construction of the air data system aircraft’s with the fixed flush-mounted flow receiver, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2017, vol. 18, no. 7, pp. 495—502 (in Russian).Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества. Л.: Машиностроение, 1973. 776 с.Kremlevsky P. P. Flowmeters and quantity counters, Leningrad, Mechanical Engineering, 1973, 776 p. (in Russian).Солдаткин В. М., Солдаткин В. В., Ефремова Е. С., Мифтахов Б. И. Модели формирования и обработки сигналов панорамного датчика аэродинамического угла и истинной воздушной скорости // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. Т. 22, № 7. С. 442—448.Soldatkin V. M., Soldatkin V. V., Efremova E. S., Miftakhov B. I. Models of formation and signal processing of panoramic sensor of aerodynamic angle and true airspeed, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, vol. 22, 2021, no. 7, pp. 442—448 (in Russian).ГОСТ 4401-81. Атмосфера стандартов. Параметры. М.: Изд-во Стандартов, 1981. 179 с.GOST 4401—81. The atmosphere of standards. Parameters, Moscow, Publishing House of Standards, 1981, 179 p. (in Russian).Браславский Д. А., Логунов С. С., Пельпо Д. С. Авиационные приборы и автоматы. М: Машиностроение, 1970. 432 с.Braslavsky D. A., Logunov S. S., Pelpo D. S. Aviation devices and automata, Moscow, Mechanical Engineering, 1970, 432 p. (in Russian).Залманзон Л. А. Проточные элементы пневматических приборов контроля и управления. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 249 с.Zalmanzon L. A. Flow elements of pneumatic control and control devices, Moscow, Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 1961, 249 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.