ВВЕДЕНИЕ
Курсовой проект по дисциплине «Авиационные приборы» выполняется с целью развития у студентов умений и навыков проектирования, проведения расчетов и конструирования приборов и датчиков летательных аппаратов.
По результатам проектирования студенты оформляют текстовую и графическую документацию – пояснительную записку, сборочный чертеж, схему электрическую принципиальную (или схему кинематическую) и чертежи деталей проектируемого изделия.
Пояснительная записка должна иметь объем 20 – 25 страниц машинописного текста. Графическая документация выполняется на 2 листах формата А1.
1. ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ
Пояснительная записка, в общем случае, должна содержать следующие разделы:
- «Введение»;
- «Назначение, принцип действия и конструкция прибора (датчика)»;
- Расчеты чувствительных элементов, характеристик прибора (датчика), шкалы прибора, надежности;
- «Выводы и заключение».
Ниже приводятся рекомендации по содержанию перечисленных разделов пояснительной записки.
РАЗДЕЛ «ВВЕДЕНИЕ».
В этом разделе пояснительной записки студент должен рассмотреть общие вопросы развития авиационных приборов и область применения проектируемого прибора (устройства). Необходимо проанализировать задание на проектирование с точки зрения требуемой точности и надежности прибора (устройства), безопасности и экономичности полета. Раздел «Введение» не нумеруется и должен составлять не более 5% от объема всей пояснительной записки.
РАЗДЕЛ «1. НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И КОНСТРУКЦИЯ ПРИБОРА (ДАТЧИКА)».
В этом разделе необходимо рассмотреть назначение и область применения проектируемого прибора (датчика), его технические характеристики и условия эксплуатации (подраздел «1.1 Назначение прибора»).
|
|
В подразделе «1.2 Конструкция» необходимо дать краткую характеристику основных сборочных единиц, входящих в прибор, описать их размещение в корпусе прибора, выделить элементы, позволяющие производить настройку и регулировку изделия, ссылаясь при этом на позиции сборочного чертежа. В этом подразделе целесообразно также привести данные по габаритам и весу прибора в целом.
В подразделе «1.3 Принцип действия прибора» необходимо пояснить, с помощью какого чувствительного элемента (далее – ЧЭ) воспринимается первичная информация Х, с помощью какого устройства она преобразуется в некоторый сигнал Y1 другой физической природы, более удобный для дальнейших преобразований, и, наконец, какой сигнал Y получается на выходе прибора и какое устройство отображает этот сигнал.
Для измерения некоторых физических величин существует по нескольку ЧЭ, отличающихся принципами действия. Поэтому выбор ЧЭ связан с выбором физического принципа, на котором основано действие ЧЭ (В название измерительного прибора часто вводят признак, характеризующий физический принцип работы ЧЭ, например: «термоэлектрический термометр», «пьезоэлектрический манометр», «гироскопический датчик угловой скорости» и т.д.)
Каждому физическому принципу свойственна определенная зависимость выходного сигнала Y от измеряемой входной величины Х, а также от некоторых побочных (дестабилизирующих) факторов:
Y = f (x, z1, z2….., zn)
|
|
К числу факторов z1, z2….., zn могут относиться температура, давление окружающей среды, параметры режимов питания ЧЭ, линейные и угловые ускорения, магнитные и электрические поля, вибрации и удары и т. п.
При выборе физического принципа работы руководствуются соображениями, чтобы требования ТЗ по точности и надежности были реализованы с наименьшими затратами (наиболее просто) и в минимальных габаритах.
При решении некоторых задач можно встретиться со случаями, когда вовсе отсутствуют ЧЭ, позволяющие осуществить нужное преобразование, или когда применение существующих элементов приводит к слишком грубым или громоздким решениям. В этих случаях можно прибегнуть к методу косвенных измерений, при котором ЧЭ воспринимает не измеряемую величину Х, а некоторую другую величину Х1, связанную с Х известной функциональной зависимостью:
Х1 = f1 (Х) (1.2.1)
Уравнение (1.2.1) является уравнением метода измерения. При этом ЧЭ преобразует величину Х1 в некоторый сигнал Y1:
Y1 = f2 (X1) (1.2.2)
Уравнение (1.2.2) является характеристикой ЧЭ.
Примером прибора, основанного на методе косвенных измерений, служит барометрический высотомер, в котором в качестве уравнения метода измерения используется известная функциональная зависимость атмосферного давления р от высоты полета Н.
Далее в этом подразделе необходимо составить структурную схему метода измерения, поясняющую вышеперечисленные преобразования. Структурная схема прибора является отображением его принципиальной схемы и дает представление о видах и порядке физических преобразований, осуществляемых данным прибором в процессе измерения. Каждый вид преобразования условно изображается на структурной схеме отдельным звеном, являющимся элементарным преобразователем физических величин.
|
|
При использовании метода косвенных измерений преобразование, отвечающее данному методу, отображается на структурной схеме в виде специального звена. Связи между звеньями могут быть различными: выходные сигналы звеньев могут разветвляться, суммироваться, вычитаться, воздействовать на входы других звеньев.
Различают последовательное, параллельное и встречно – параллельное соединение звеньев.
Последовательное соединение звеньев – это такое соединение, при котором выходной сигнал каждого предыдущего звена является входным сигналом для последующего звена.
Передаточная функция последовательного соединения звеньев равна произведению передаточных функций звеньев, входящих в это соединение:
W (р) = W1 (р) × W2 (р) × W3 (р) ×... × Wn (р) (1.2.3)
Последовательное соединение звеньев представлено на рисунке 1.
 |
Рисунок1.1 – Последовательное соединение звеньев.
Параллельное соединение звеньев – это такое соединение, при котором входной сигнал является общим для всех звеньев.
Для параллельного соединения:
Х вх = Х1вх = Х2вх= Х3вх=... = Хnвх (1.2.4)
Х вых = Х1вых + Х2вых + Х3вых +... + Хn вых (1.2.5)
Передаточная функция параллельного соединения звеньев равна сумме передаточных функций звеньев, входящих в это соединение:
W (р) = W1 (р) + W2 (р) + W3 (р) +... + Wn (р) (1.2.6)
Параллельное соединение звеньев показано на рисунке 2.
 |
Рисунок 1.2 – Параллельное соединение звеньев.
Встречно – параллельное соединение звеньев – соединение, в состав которого входит положительная или отрицательная обратная связь. Схема соединения звеньев с обратной связью представлена на рисунке 3.
 |
Рисунок 1.3–Встречно-параллельное соединение звеньев (с обратной связью).
Для соединения звеньев с обратной связью:
Х вых = Х1вых = Х2вых (1.2.7)
Х вх = Х1вх ± Х2вх (1.2.8)
Передаточная функция соединения звеньев с обратной связью определяется по формуле:
W1 (р)
W (р) = ------------------------- (1.2.9)
1 ± W1 (р) × W2 (р)
где знак " – " задает положительную обратную связь;
знак " + " задает отрицательную обратную связь
РАЗДЕЛ «РАСЧЕТЫЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, ХАРАКТЕРИСТИК ПРИБОРА (ДАТЧИКА), ШКАЛЫПРИБОРА, НАДЕЖНОСТИ».
В этом разделе в начале в соответствии с ГОСТом, ставится цель расчета и даются исходные данные. Далее производятся проектировочные расчеты параметров прибора: чувствительного элемента, передаточного механизма, указателя (или преобразователя измеряемой величины в электрический сигнал), шкалы прибора и т.д.
Кроме того, производится расчет надежности прибора и делается вывод о вероятности безотказной работы в течение заданного времени эксплуатации, среднее время безотказной работы с заданной вероятностью, время наработки на отказ и т.д.
Объем расчетной части должен составлять 25 – 35% от пояснительной записки в целом.
РАЗДЕЛ «ВЫВОДЫИ ЗАКЛЮЧЕНИЕ».
Пояснительная записка завершается разделом, содержащим выводы по проведенной разработке прибора. В выводах необходимо отразить выполнение требований, изложенных в задании на проектирование. Целесообразно сопоставить полученные результаты с характеристиками аналогичных устройств.
Объем раздела должен составлять 5 – 7 % от всей пояснительной записки.
2 ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
2.1 ТЕКСТОВАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ
Пояснительная записка выполняется на листах формата А4 (297 х 210) от руки пастой черного цвета или на компьютере шрифтом ГОСТ на одной стороне листа.
Форма титульного листа пояснительной записки дана в Приложении 1.
Следом за титульным листом и бланком задания на курсовое проектирование помещают содержание документа. Содержание и задание входят в общее количество листов Пояснительной записки.
Нумерацию листов пояснительной записки производят арабскими цифрами, начиная с титульного листа, до последней страницы, включая список литературы.
ВНИМАНИЕ!На бланке задания и титульном листе цифр не ставят.
Каждый лист пояснительной записки должен иметь рамку. Поле подшивки оставляют с левой стороны листа шириной в 20 мм. Остальные три поля имеют ширину по 5 мм каждое.
Расстояние от внутренней рамки до границ текста рекомендуется оставлять:
- в начале строк – не менее 5 мм;
- в конце строк – не менее 3 мм.
Расстояние от верхней или нижней строки текcта до верхней или нижней рамки документа должно быть не менее 10 мм.
Каждый лист пояснительной записки должен иметь основную надпись, заполненную внизу, вдоль короткой стороны листа. Первый и последующий листы пояснительной записки приведены в Приложении 1.
Схемы, таблицы и чертежи, входящие в пояснительную записку, допускается выполнять на листах любых форматов, установленных ГОСТ 2.301 – 68. При этом основная надпись на этих листах выполняется в форме второго и последующих листов пояснительной записки.
Содержание пояснительной записки разделяют на разделы и при необходимости на подразделы и пункты.
ВНИМАНИЕ! Названия и нумерация основных разделов пояснительной записки должна соответствовать названию и нумерации разделов, указанных в задании на курсовое проектирование.
Каждый раздел и подраздел пояснительной записки должен иметь название. Перенос слов в названиях разделов и подразделов не допускается. Точку в конце заголовка не ставят. Если заголовок состоит из двух предложений, то их разделяют точкой.
Подразделы должны иметь порядковые номера в пределах каждого раздела. Номера подразделов состоят из номеров раздела и подраздела, разделенных точкой. Например:
3. Расчет
3.1 Расчет чувствительного элемента
3.2 Расчет шкалы прибора
3.3 Расчет надежности
Расстояние между заголовками и последующим текстом должно быть равно 15 мм, а между заголовками раздела и подраздела – 10 мм. Расстояние между текстом и заголовком следующего подраздела должно быть не менее 15 мм.
Каждый раздел рекомендуется выполнять с нового листа.
Сокращения слов в тексте и в надписях под иллюстрациями не допускаются, кроме указанных в ГОСТ.
Условные буквенные обозначения электрических, механических и других величин должны соответствовать установленным стандартам.
В тексте документа перед обозначением величины дают ее пояснение, например: «сопротивление R1». Размерность одного и того же параметра в пределах всего документа должна быть постоянной.
Формулы нумеруют арабскими цифрами в пределах раздела. Номер формулы состоит из номера раздела и номера формулы, разделенных точкой. Номер ставят с правой стороны листа на уровне формулы в круглых скобках. Значения символов и цифровых коэффициентов, входящих в формулу, должны быть приведены непосредственно под формулой. Значение каждого символа дают с новой строки в той последовательности, в которой они приведены в формуле.
Первая строка расшифровки должна начинаться со слова «где» без двоеточия после него, например:
«…………………………………………………………………………………………..
U = R × I (3.1)
где U – падение напряжения на проводнике,
R – сопротивление проводника,
I – ток в проводнике.
Сноску в тексте на порядковый номер формулы дают в круглых скобках, например: «……… в формуле (3.1).»
Все размещенные в тексте иллюстрации нумеруются арабскими цифрами в пределах раздела. Номер иллюстрации состоит из номера раздела и номера иллюстрации, разделенных точкой. Между номером иллюстрации и названием ее ставится тире. Слово «Рисунок» в названии иллюстрации не сокращается. Например: «Рисунок 1.1 – Структурная схема прибора»
Иллюстрации при необходимости могут иметь пояснения и подрисуночный текст.
Ссылки на иллюстрации дают по типу «……..как изображено на рисунке 1.1.»
Ссылки на ранее упомянутые иллюстрации дают со словом «смотри», например: «…….смотри рисунок 1.1.»
Все таблицы пояснительной записки нумеруются арабскими цифрами, сквозными по всему документу и снабжаются тематическими заголовками, например:
«……………………………………………………………………………….
Таблица 1 Интенсивность отказов элементов ДУСа
| №№ п/п | Наименование элементов | Интенсивность отказов l×10-6, 1/час |
| Гиромотор | 1,25 | |
| Корпус | 2,37 | |
| Токоподвод | 1,83 |
Обозначения документов, оформляемых при курсовом проектировании:
- обозначение сборочного чертежа первого устройства, выполненного в 2009 году студентом отделения 200104, группы АП3 – 1, стоящим в журнале под номером 5:
КП 200104.31.05.11.01 СБ
- обозначение первой и последующих деталей, входящих в сборочный чертеж:
КП 200104.31.05.11.01.01
КП 200104.31.05.11.01.02
.
.
.
КП 200104.31.05.11.01.51
.
.
.
- обозначение спецификации на первое устройство:
КП 200104.31.05.11.01
- обозначение пояснительной записки, выполненной тем же студентом:
КП 200104.31.05.11.01 ПЗ
Формы основной надписи на чертежах и в пояснительной записке даны в Приложении 1.
В списке используемой литературы должны приводиться следующие сведения: фамилия и инициалы первого автора, последующих с указанием «…и др.», название книги, город издания (для Москвы и Санкт – Петербурга допускаются сокращения М. и С-П.), издательство и год издания, например:
«1. Савостьянов В.П. и др. Расчет и конструирование деталей аппаратуры САУ, М.: Машиностроение, 1982.»
ГРАФИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ
К графической документации курсового проекта относятся:
1) сборочный чертеж проектируемого приборы, выполненный на первом листе формата А1, с необходимым числом видов, проекций и сечений, с указанием габаритных размеров и технических требований;
2) схемы кинематическая принципиальная или электрическая принципиальная, выполненная на формате А2, расположенном на втором листе формата А1;
3) чертежи 3 – 4 деталей, выполненные на форматах А4 или А3, расположенных на втором листе формата А1. Чертежи деталей выполняются с необходимым числом видов, проекций и сечений, с указанием всех размеров, необходимых для их изготовления, с указанием допусков, материалов, видов термической или химико-термической обработки.
ВНИМАНИЕ! При выполнении графической части студенты часто допускают следующие типичные ошибки:
1) используют масштабы, не предусмотренные ГОСТ;
2) сборочные единицы с крепежными деталями вычерчивают со всеми болтами, гайками, конструктивными элементами (фасками, срезами и т.д.), в то время как следует пользоваться допускаемыми ГОСТами упрощениями изображений этих элементов;
3) неправильно вычерчивают такие конструктивные элементы как опоры скольжения, шарикоподшипники и т.д.
Во избежание подобных ошибок необходимо при выполнении чертежей пользоваться ГОСТами и справочниками.
Спецификация к сборочному чертежу выполняется на отдельных листах формата А4 и брошюруется в конце пояснительной записки, в качестве приложения к ней. Нумерация листов спецификации производится отдельно от нумерации листов пояснительной записки.
3 МЕТОДИКИ РАСЧЕТОВ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ПРИБОРОВ
3.1 РАСЧЕТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО ВЫСОТОМЕРА
Барометрические высотомеры измеряют относительную высоту полета. Принцип их действия основан на использовании зависимости статического давления воздуха от высоты.
Барометрический высотомер представляет собой манометр абсолютного давления, принципиальная схема которого представлена на рисунке 3.1:
Рисунок 3.1 – Принципиальная схема барометрического высотомера
Чувствительным элементом прибора является анероидная коробка. Анероид помещен в герметичный корпус, который сообщается трубопроводом с приемником статического давления, расположенным вне самолета. Перемещение жесткого центра анероидной коробки при изменении высоты полета передается на стрелку прибора с помощью кривошипно-шатунного механизма и мультипликатора.
Рисунок 3.2 – Структурная схема высотомера.
Структурная схема прибора, представленная на рисунке 3.2, содержит три последовательно соединенных звена и отражает преобразование сигналов в каждом из них.
Звено 1 – воспринимает давление Р, соответствующее высоте Н.
Звено 2 – чувствительный элемент (анероид) преобразует давление Р в линейное перемещение W.
Звено 3 – передаточный механизм, преобразующий линейное перемещение в угловое перемещение j стрелки прибора.
Угол j является выходным сигналом высотомера, зависит от высоты полета и отсчитывается по шкале указателя. Для расчета шкалы необходимы три уравнения:
- барометрическая формула, выражающая зависимость давления от высоты
РН = ¦1 (Н), (3.1)
где РН – давление на определяемой высоте,
Н – определяемая высота, км;
- характеристика упругого чувствительного элемента, т.е. зависимость перемещения мембраны (анероида) W от давления:
W = ¦2 (РН ); (3.2)
- характеристика передаточного механизма, т.е. зависимость угла поворота стрелки j от перемещения ведущей тяги, соединенной с чувствительным элементом:
j = ¦3 (W). (3.3)
Характеристика высотомера определяется с учетом характеристики каждого составляющего звена в отдельности и может быть выполнена расчетом по формулам или графическим построением в декартовой системе координат.
3.1.1 Графическое построение характеристики прибора и его элементов.
В декартовой системе координат характеристики трех звеньев, образующих структурную схему прибора, строятся по четвертям в следующем порядке:
I – характеристика высотомера;
II – характеристика упругого чувствительного элемента;
III – характеристика передаточно-множительного механизма;
IV – характеристика указателя, т.е. шкалы.
На координатах должны быть проставлены обозначения величин и их размерность. Числовые значения отдельных точек для построения определяются решением по формулам или задаются по условию задачи. Пример выполнения графического построения характеристик представлен на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 – Графическое построение характеристики прибора
Н – высота; Р – статическое давление воздуха;
W – прогиб упругого ЧЭ; a - угол поворота кривошипа;
j - угол поворот стрелки высотомера.
3.1.2 Расчет передаточно-множительного механизма.
Кривошипно-множительный механизм, используемый в барометрическом высотомере, служит для преобразования возвратно-поступательного движения жесткого центра анероидной коробки, которая соединена с ползуном, во вращательное движение стрелки. Кинематическая схема кривошипно-шатунного механизма представлена на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 – Кинематическая схема кривошипно-шатунного механизма.
Пунктиром показано исходное положение звеньев
АВ – длина кривошипа;
CD – длина тяги.
Характеристика этого механизма определяется по формуле:
a a² + d² + (x0 – w)² – b²
a = arctg ——— – arcsin —————————— (3.4)
x0 – w 2 a √ (x0 – w)² + d²
где d – дезаксиал – расстояние между линией движения ползуна и осью кривошипа;
х0 – исходное расстояние между ползуном и кривошипом;
w – перемещение ползуна;
а – длина кривошипа;
b – длина тяги.
В случае, если d = а, формула (3.1.4) преобразуется в формулу (3.1.5):
a 2a² – w(2b – w)
a = arctg ——— – arcsin ———————— (3.5)
b – w 2 a √ (b – w)² + а²
Для построения графика величину максимального прогиба ЧЭ разделяют на несколько интервалов с шагом 0,2 … 0,5 мм.
Соотношение между углом поворота j стрелки и величиной a определяется передаточным соотношением “ и ” передаточно-множительного механизма по формуле (3.1.6):
j
u = — (3.6)
a
Перед проведением расчета следует задаться размерами звеньев механизма «а» и «b», выраженными в миллиметрах (при этом рекомендуется выдерживать соотношение b ³ 4а). Далее, подставляя значения прогиба упругого ЧЭ – w с шагом Dw = 0,2…0,4 мм в выбранную для расчета формулу – (3.1.4) или (3.1.5), определяют угол поворота кривошипа, оформляя полученные результаты в виде таблицы:
| Прогиб упругого ЧЭ, w, мм | Угол поворота кривошипа, a, ° |
| … | |
| Dw | … |
| 2Dw | … |
Расчет производится до тех пор, пока не будет достигнут (или превышен) максимальный угол поворота кривошипа:
jmax
amax = (3.7)
u
По значениям w и a строится график характеристики механизма, показанный на рисунке 3.3.
3.1.3 Расчет анероидной коробки
При правильной эксплуатации прогиб мембран анероидных коробок отрицателен, так как под действием силы атмосферного давления они прогибаются внутрь полости коробки. Расчет мембраны производится исходя из симметричности их упругой характеристики, показанной на рисунке 4.
При этом строится часть упругой характеристики, соответствующая положительным значениям прогиба мембран.
Вначале, задаваясь значениями атмосферного давления р* с шагом 10 кПА, по графику W(p) – рис.3.2 определяют соответствующие им значения прогиба упругого ЧЭ – W и рассчитывают прогиб мембран:
Wм = (Wmax – W), (3.8)
2N
где N – число анероидных коробок, входящих в состав упругого ЧЭ,
Wmax – максимальный прогиб блока анероидных коробок.
* Поскольку давление внутри анероидной коробки полагается равным нулю, перепад давлений ∆р численно равен атмосферному давлению р.
Полагая, что максимальная высота полета аэродинамических летательных аппаратов равна 30 километрам, наибольший прогиб блока анероидных коробок приближенно может быть оценен с помощью формулы:
a² ad
Wmax = a × sinaпр + ―— (cos2aпр – 1) – ―— (cosaпр – 1), (3.9)
4b b
где aпр = —— × amax (3.10)
Hmax
Результаты расчета заносятся в таблицу. Затем по данным, занесенным в эту таблицу строится график упругой характеристики мембраны Wм (DР): 
Рисунок 3.7 – Упругая характеристика мембраны
Построенная характеристика может быть аппроксимирована кубическим уравнением вида:
∆Р = А×Wм + В×Wм3, (3.11)
где А и В – коэффициенты аппроксимации, зависящие от геометрических размеров и формы мембраны, а также свойств ее материала:
E
А = — h3×a, (3.12)
R4
E
В = — h×b, (3.13)
R4
где Е – модуль упругости материала мембраны,
R – радиус мембраны,
h – толщина мембраны,
a, b – коэффициенты, зависящие от формы и размера гофра.
Для определения значений коэффициентов А и В выбирают две точки: в начале и в конце характеристики Wм(∆Р), с координатами (∆р1;Wм1) и (∆р2;Wм2).
Подставляя координаты этих точек в выражение (3.11), получают систему уравнений:
∆р1 = А× Wм1 + В× Wм13
∆р2 = А× Wм2 + В× Wм23 (3.14)
Далее, руководствуясь данными, приведенными в таблице 2 Приложения 1, выбирают материал мембраны и определяют его модуль упругости Е. Задаваясь значением радиуса мембраны R, выраженным в миллиметрах, и используя значения коэффициентов А и В, полученные в результате решения системы уравнений (3.14), определяют величину отношения а/b3:
А Е 2
а/b3 = × (3.15)
В3 R4
После этого необходимо воспользоваться номограммами [1].
а) 
б) 
Рисунок 3.8 – Форма гофра мембран:
а) синусоидальная;
б)пильчатая.
На рисунке: Н – высота гофра, мм;
l – длина волны гофра, мм;
q – угол наклона гофра, град.;
h – толщина гофра, мм.
1. Для этого выбирают форму гофра мембраны: синусоидальную или пильчатую (рис.6). В первом случае задаются величиной H/ l в пределах от 0,1 до 0,3; а во втором – углом q от 10° до 30°.
2. По графикам зависимости а/b3 = f (H/h) для выбранной величины H/ l или угла q определяют значение H/h, соответствующее вычисленному по формуле (3.15) отношению а/b3.
3. После этого по кривым а = f1 (H/h) и b = f2 (H/h) определяют значения коэффициентов а и b.
4. Используя формулу (3.13), вычисляют толщину мембраны по формуле (3.16):
B R4
h = (3.16)
b E
5. По известной толщине мембраны h и определенному выше отношению H/h вычисляют высоту гофра Н. Длина волны синусоидального гофра может быть определена по выбранному ранее соотношению H/ l. Для пильчатого гофра необходимо использовать выражение (3.17):
l = 2Н/tgq (3.17)
6. Задаваясь радиусом жесткого центра мембраны r, мм, определяют число волн гофра по формуле (3.18), округляя значение до целого числа:
R – r
n = (3.18)
l
7. По полученным значениям вычерчивают профиль мембраны.
3.1.4 Расчет шкалы прибора
Авиационные измерительные приборы с непосредственным отсчетом измеряемой величины имеют отсчетные приспособления в виде шкалы и стрелки.
Шкалы могут иметь различную форму, и во всех случаях отсчет производится путем зрительной оценки величины линейного или углового перемещения стрелки относительно шкалы.
Шкала содержит информацию величины измерения, единицы измерения, наибольшее и наименьшее значения измеряемой величины.
К параметрам шкалы относятся:
- верхний и нижний пределы измерения;
- диапазон измерения;
- цена деления;
- размер деления.
Измерительные приборы могут иметь равномерную, неравномерную или безнулевую шкалу. Тип шкалы определяется видом прибора, его конструкцией, диапазоном измерения, точностью отсчета на участках измерения.
Однако не все приборы имеют равномерную шкалу, так как получение равномерной шкалы не всегда возможно, а иногда излишне усложняет конструкцию прибора.
В некоторых случаях даже желательно иметь шкалу неравномерную с растянутым рабочим участком, что позволяет получить более точный отсчет показаний на этом участке.
Вид(характер) шкалы зависит от статических характеристик прибора. Расчет шкалы прибора сводится к определению характеристики шкалы, графическому построению этой характеристики.
Характеристика шкалы может иметь вид:
Рисунок 3.9 – Виды характеристик шкал приборов
Чувствительностью измерительного прибора называется число градусов шкалы (или число миллиметров дуги шкалы), приходящееся на единицу измеряемой величины.
При равномерной шкале чувствительность прибора S всегда одинакова по всей шкале и определяется по формуле (3.19):
S = amax / Amax – Amin (3.19)
При неравномерной шкале чувствительность прибора неодинакова и определяется для каждой точки шкалы как предел отношения приращения угла отклонения стрелки (или перемещения ее конца) к приращению измеряемой величины, когда последнее стремится к нулю (т.е. производной угла отклонения стрелки по измеряемой величине):
S = lim (Da/DA)DA®0 = da/dA
Если характеристика шкалы прибора дана в виде графика, то чувствительность прибора пропорциональна тангенсу угла наклона касательной к характеристике шкалы, проведенной в данной точке (3.20):
S = da/dA=ma/mA · tg j (3.20)
где ma - масштаб углов (градусы/мм);
mA – масштаб измеряемой величины (единица величины/мм)
Измеряемая величина определяется по формуле (3.21):
Аn = Amin + n DA (3.21)
Результаты расчета сводятся в таблицу:
| Порядковый номер отметки | … | … | … | … | n | |||||
| Измеряемая величина А | ||||||||||
| Угол поворота стрелки a | ||||||||||
| Размер деления Da |
По результатам расчета строим график шкалы:
Рисунок 3.9 – Характеристика шкалы
и выполняем чертеж шкалы:
Рисунок 3.10 – Построение шкалы прибора
3.1.5 Расчет капилляра.
Внутренний объем герметичного корпуса вариометра:
U = p rв² × ℓв × Ko, (3.22)
где rв – внутренний радиус корпуса прибора,
ℓв – глубина корпуса,
Ko – коэффициент, учитывающий объем деталей вариометра
(при проектировании можно полагать, что Ko= 0,7¸0,8).
Геометрические размеры вариометра должны быть выражены в метрах. Далее задаются временем запаздывания показаний прибора – q в пределах от 1 до 3 секунд и средней высотой полета – H. Для выбранной высоты полета по данным таблицы 2 определяют давление р, температуру Т, и плотность воздуха за бортом r.
Перепад давлений, измеряемый упругим ЧЭ при максимальной вертикальной скорости полета Vy, определенной в задании на проектирование, составляет:
q × р × U × Vy
Dр =, (3.23)
(U + Np) R T
где R = 29,27 м/° - универсальная газовая постоянная.
Затем задаются соотношением между длиной капилляра ℓ и его диаметром D:
ℓ
l = ¾, (3.24)
D
причем эта величина должна удовлетворять неравенству l ≥ 100.
Тогда диаметр капилляра можно определить по формуле:
3 128 × U × l × h × Vy
D = √ p × Dp × R × m × To, (3.25)
где h = 17,54 × 10-6 н×с/м² - абсолютная вязкость воздуха (при То = 288°К),
m – число капилляров.
При первоначальном расчете полагают m = 1.
Длину капилляра определяют как:
ℓ = l × D, (3.26)
Полученные результаты должны удовлетворять условиям:
D ≥ 0,4 мм
ℓ ≤ 60 мм (3.27)
Если условия (3.27) не выполняются, то необходимо увеличить число капилляров m и повторить расчет, начиная с формулы (3.25).
Кроме неравенств (3.27), параметры капилляра должны удовлетворять еще двум условиям, для проверки которых необходимо определить среднюю скорость потока воздуха в капилляре Vкап. Величину Vкап находят путем решения квадратного уравнения:
r × V²кап 32 × h × ℓ
¾¾¾¾ + ¾¾¾¾ × Vкап = Dр, (3.28)
2 D²
Скорость потока воздуха в капилляре должна быть такой, чтобы число Рейнольдса Re было меньше 1000, то есть должно выполняться неравенство:
Vкап × D × r
Re = ¾¾¾¾¾ < 1000 (3.29)
2 h
Вторым условием является неравенство:
r × Vкап × D²
¾¾¾¾¾¾ ≤ d, (3.30)
64 h × ℓ
где d = 0,03 ¸ 0,04.
При нарушении условий (3.29), (3.30) необходимо увеличить число капилляров m и повторить расчет, начиная с уравнения (3.25).
4 РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ПРИБОРА
Надежность – это свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки.
Основной характеристикой надежности объекта (прибора, системы) является вероятность Р(t) его безотказной работы в течение времени t. Для определения Р(t) удобно использовать понятие интенсивности отказов l(t), т.е. число отказов в единицу времени.
Приборы и датчики считают работоспособными, если они функционируют в условиях экс