Модели формирования и обработки сигналов панорамного датчика аэродинамического угла и истинной воздушной скорости

Отмечается важность информации об истинной воздушной скорости и аэродинамических углах летательных аппаратов (ЛА), а также необходимость пополнения арсенала средств их измерения с чисто электронной конструктивной схемой, малой массой и стоимостью, обеспечивающих панорамное измерение угла скольжения. Показано, что традиционные средства измерения воздушной скорости ЛА, реализующие аэродинамический и флюгерный методы измерения параметров набегающего воздушного потока с помощью распределенных по фюзеляжу приемников и датчиков, имеют сложную конструкцию, значительную массу и стоимость, ограниченные диапазоны измерения аэродинамических углов, что снижает возможность их применения на малоразмерных ЛА. Рассматривается интегрированный датчик аэродинамического угла и истинной воздушной скорости, реализующий вихревой метод измерения параметров набегающего воздушного потока. Один неподвижный приемник потока упрощает конструкцию, частотно-временные первичные информативные сигналы позволяют уменьшить погрешности измерительных каналов. Ограниченный диапазон измерения угла скольжения снижает возможность применения датчика на малоразмерных ЛА. Рассматривается интегрированный датчик аэродинамического угла и истинной воздушной скорости, реализующий ионно-меточный метод измерения параметров набегающего воздушного потока. Датчик обеспечивает панорамное измерение аэродинамического угла с помощью приемников, распределенных в плоскости измерений. Но многоканальная измерительная схема значительно усложняют конструкцию, увеличивает массу и стоимость датчика, что ограничивает его использование на ЛА. Раскрывается функциональная схема оригинального панорамного чисто электронного датчика аэродинамического угла и истинной воздушной скорости с одним неподвижным приемником набегающего воздушного потока и ультразвуковыми измерительными каналами. Получены аналитические модели формирования, обработки и определения аэродинамического угла и истинной воздушной скорости при использовании частотных, время-импульсных и фазовых информативных сигналов. Проведенный анализ вариантов используемых информативных сигналов определяет перспективность применения на малоразмерных ЛА панорамного датчика с частотными информативными сигналами, в котором отсутствуют методические погрешности, вызванные влиянием температуры окружающей среды при изменении высоты полета.

1. Практическая аэродинамика маневренных самолетов / Под ред. Н. М. Лысенко. М.: Воениздат, 1977. 439 с.

2. 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.

3. Моисеев В. С., Гущина Д. С., Моиссев Г. В. Основы теории создания и применения информационных беспилотных авиационных комплексов. Казань: Изд-во Минобрнауки РТ, 2010. 196 с.

4. Клюев Г. И., Макаров Н. Н., Солдаткин В. М., Ефимов И. П. Измерители аэродинамических параметров летательных аппаратов: Учебное пособие. Ульяновск: Изд-во Ульяновск. гос. техн. ун-та, 2005. 590 с.

5. Кравцов В. Г., Алексеев Н. В. Аэрометрия высотноскоростных параметров летательных аппаратов // Приборы и системы: Управление, контроль, диагностика. 2000. № 8. С. 47—50.

6. Kaletka J. Evaluation of the Helicopter Low Airspeed System Lassie // Journal of American Helicopter Society. 1983. N. 4. Р. 35—43.

7. Yamasaki H., Rubin М. The Vortex Flowmeter // Flow Measurement and Control in Science and Industry. USA, 1974. P. 975—983.

8. Киясбейли А. Ш., Перельштей М. Е. Вихревые измерительные приборы. М.: Машиностроение, 1972. 152 с.

9. Pankanin G. L. The Vortex Flowmeter: Various Methods of Investigating Phenomena // Measurement science and technology, 2005. N. 16. Р. 1—16.

10. Soldatkin V. M., Soldatkina E. S. Vortex sensor of aerodynamic angel and airspeed // Russian Aeronautics. 2012. Vol. 55, N. 4. Р. 402—407.

11. 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.

12. Barriol R., Hannoyer G., Roussean C. A new approach for ionic air flow sensors transit time // SAE Techn. Pap. Ser. 1984. № 840138. P. 29—39.

13. Ганеев Ф. А., Солдаткин В. М. Ионно-меточный датчик аэродинамического угла и воздушной скорости с логометрическими информативными сигналами и интерполя- ционной схемой обработки // Известия вузов. Авиационная техника. 2010. № 3. С. 46—50.

14. 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.

15. Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества. Изд. 3-е., пераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1975. 776 с.

16. Электрические измерения неэлектрических величин / Под ред. П. В. Новицкого. Л.: Энергия. 1975. 576 с.

17. Ghahramani A., Zhu M., Przybyla R. J., Andersen M. P., Galicia P. J., Peffer T. E., Zhang H., Arens E. Measuring Air Speed With a Low-Power MEMS Ultrasonic Anemometer via Adaptive Phase Tracking // Sensors Journal IEEE, 2019. Vol. 19, N. 18. P. 8136—8145.

18. Патент РФ на изобретение № 2737518 С1, МПК G01P 5/18, G01H 11/18. Кинематический датчик аэродинамического угла и истинной воздушной скорости / В. М. Солдаткин, В. В. Солдаткин, А. В. Никитин, Е. С. Ефремова, Е. О. Арискин. Заявл. 2019115017 от 15.05.2019 Опубл.01.12.2020. Бюл. № 34.