РАЗДЕЛ 2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ВЫСОТЫ ПОЛЁТА ЕМКОСТНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ.
2.1. Полунатурное масштабное моделирование
2.1.1. Экспериментальная установка. Для изучения характера изменения емкости между электродами в зависимости от высоты и свойств подстилающей поверхности была создана экспериментальная установка, обеспечивающая вертикальное перемещение исследуемой модели самолета с расположенными на ней электродами высотомера и отсчет высоты модели над поверхностью. (Рис. 2.1.). Установка представляет собой следующее:
Рис 2.1. Экспериментальная установка.
макет высотомера 1 с вынесенной моделью самолета 2 и закрепленной на ней линейкой для отсчета высоты устанавливается на платформе 4. Платформа 4 с помощью шнуров, переброшенных через систему блоков 5, может перемещаться плоско параллельно. Система блоков состоит из основания 6 , на котором укреплены оси с четырьмя блоками 5 , и кронштейн 7 с одним блоком. Основание 6 крепится жестко к скобе.
Скоба с основанием укреплена на потолочной балке. Кронштейн закреплен на стене здания. С помощью подвеса 8 с грузом подвижная система уравновешена и самостоятельно не перемещается. Поднимая или опуская подвес можно установить модель на желаемой высоте над кюветой 9 с исследуемым веществом, имитирующим подстилающую поверхность (вода, песок, влажный грунт и т. д.). Кювета изготовлена из большого листа мягкого алюминия и имеет размеры 1,2 х 0,75 х 0,12 м , что на порядок превышает размеры модели. Выбранное соотношение приближает условия эксперимента к реальным. Отсчет высоты производился с помощью оптического устройства 10 (ПС-35) путем измерения вертикального перемещения линейки 3, укрепленной на подвижной модели. Размещение всех деталей и узлов устройства вертикального перемещения ("лифта") выполнено так, что модель перемещается практически в геометрическом центре помещения лаборатории в предельно возможном удалении от стен и металлических предметов. Все посторонние, не имеющие отношения к эксперименту, предметы из помещения лаборатории удалены.
2.1.2. Конструкция масштабных физических моделей самолета Ан-2 и экспериментальные исследования их характеристик. Конструкция модели самолета Ан-2 обусловлена следующими требованиями:
* сохранить пропорциональность размеров контура самолета в плане;
* несущие консоли крыла максимально облегчить и тем самым приблизить свойства модели к свойствам натурального крыла, обтянутого перкалем;
* размещение электродов высотомера на крыльях должно являться прообразом реального конструктивного решения.
а) модель ММС-1
Учитывая вышеприведенные требования, была создана модель (Рис.2.2.), которая состоит из контура фюзеляжа с хвостовым оперением, двух несущих консолей, облегченных рядом отверстий, двух электродов на изоляторах из оргстекла и двух экранов, закрепленных на консолях и защищающих электроды от механических повреждений и воздействия внешних помех. Изоляторы закреплены непосредственно на экранах с помощью резьбового хвостовика и гаек. Электроды соединяются с измерительной схемой проводами, помещенными в медные трубки диаметром 3 мм, которые обеспечивают надежное экранирование. Трубки введены в экраны электродов и соединены с ними пайкой. Расстояние между центрами электродов составляет 11 см. масштаб модели - 1:100, размеры электродов - 1,4 х 3 см. Экспериментальные исследования с моделью ММС-1 проводились с целью выяснения качественной картины зависимости межэлектродной емкости от высоты и влияния параметров подстилающей поверхности на характеристики исследуемой зависимости.
Рис.2.2.Физическая модель самолета Ан-2. ( ММС-1, масштаб 1:100)
На первом этапе исследований в качестве измерителя емкости использовался измеритель межэлектродных емкостей ламп прибор Е8-1 (ПИМЭЛ). Исследования проводились также с целью изучения возможности работы емкостного измерителя малых высот на частоте 465 кГц (рабочая частота Е8-1). В качестве исследуемых поверхностей использовались: алюминиевый лист толщиной 1,5 мм, вода, растворы поваренной соли, сухой и влажный песок. Электроды соединялись с измерителем емкости специально сконструированными соединительными линиями: провода помещались в медные трубки, которые ввинчивались в разъемы разработанной конструкции. Это обеспечило жесткость конструкции всей установки и позволило исключить влияние внешних полей и емкости между проводами. Диапазон изменения высот в первой серии экспериментов составлял 1...8 см. Пределы изменения высоты были ограничены недостаточной чувствительностью используемого прибора Е8-1 и весьма малыми значениями межэлектродных емкостей, образуемых моделью ММС-1. Результаты исследований представлены на Рис.2.3... 2.5.
Отсчет высоты в первом случае производился от поверхности алюминиевого листа, во 2-м и 3-м случае -от поверхности воды.
Рис.2.4. Зависимость величины межэлектродной емкости от высоты над исследуемой поверхностью: 1 - 1% - ный раствор поваренной соли, 2 - 2% - ный раствор поваренной соли.
Рис.2.5. Зависимость величины межэлектродной емкости от высоты над исследуемой поверхностью: 1- песок сухой; 2 - песок влажный.
Результаты испытаний отражены в протоколах отчетов по НИР №201-В73 [54]
Как видно из полученных графиков характер изменения емкости от высоты нелинейный и, вероятно, неоднозначный. Минимальные значения емкости находятся в районе значений высоты 4,5...5,5 см, на Рис.2.5. несколько больше.
В патенте Великобритании № 989095, Capacitance altimeter, 1970, [51], утверждается, что диапазон измеряемых высот емкостного высотомера с горизонтально расположенными плоскими электродами не превышает дистанции между электродами. Вероятно, это обстоятельство и послужило тому, что такие устройства не получили дальнейшего развития и применения.
Действительно, полученные результаты соответствуют приведенному утверждению: расстояние между центрами электродов модели ММС-1 составляет 4 см. Однако характер изменения ем