控制系统元件之2 (1).ppt

控制系统元件,Elements of Control System,单击此处编辑母版标题样式,*,*,控制系统元件,Elements of Control System,二.测量与传感器,2.,空气动力学参量的测量：,空速与马赫数测量：,空速传感器,：,概念：,空速（,Air Speed,）：指飞机相对于空气的运动速度。,测量飞机的空速并输出相应电信号的仪表称为空速传感器或空速管。,空速管也成为,皮托管,或,总压管,，是飞机上非常重要的参数测量仪表。,空速管测量到的速度并非飞机相对于地面的飞行速度，而是相对于空气的飞行速,度。,飞机上的空速仪表具有两根指针，一根指示“,表速,”，另一根指示“,空速,”。,5/24/2026,2,2.,空气动力学参量的测量：,空速与马赫数测量：,空速传感器,：,作用：,可用于判断飞机的空气动力情况；,还可根据空速、风速、风向来计算地速，再由地速和距离来计算飞行时间。,理论基础：,空速管的工作是基于流体连续方程和伯努利定律的，是通过测量相对气流的压力,来间接测量飞行速度。,5/24/2026,3,2.,空气动力学参量的测量：,空速与马赫数测量：,空速传感器,：,工作原理：,空速仪表由空速管、开口膜盒、放大传动机构、表盘等组成。它应该安装在飞机上受气流扰动比较小的位置。其工作原理为：空速管感受气流产生的,总压,和,静压,，总压接到膜盒内部，静压接到膜盒外部，膜盒内外压力差即为,动压,。当动压变化时，膜盒产生形变位移，带动传动机构运动，从而改变指针的位置。,5/24/2026,4,2.,空气动力学参量的测量：,空速与马赫数测量：,马赫数传感器,：,概念：,马赫数是飞行速度与飞机所在高度的声音速度的比值。,当飞机速度过快时，由于,空气压缩,及,激波,的出现，空速管已经无法真实反映飞机,的真实空速，必须借助马赫数传感器来测量空速,Ma,。,马赫数传感的结构的原理与空速传感器基本接近，但内部元件和结构存在差异。,5/24/2026,5,2.,空气动力学参量的测量：,迎角和侧滑角测量：,概念：,迎角是,飞机机翼弦线与迎面气流,的夹角，迎角的大小与飞机的升力和阻力,密切相,关，所以对该角度的测量十分重要。,侧滑角是,飞机速度矢量与飞机对称平面间,的夹角。,5/24/2026,6,2.,空气动力学参量的测量：,迎角和侧滑角测量：,概念：,实际情况下，在飞机上对真实迎角进行测量是非常困难的。,原因,：由于飞机外形结构的影响，飞机机身周围的气流流场与理想流场存在较大,差别（层流,/,紊流），带来了较大干扰，实际测量误差较大；实际测量到的夹角,是迎角传感器与周围某状态气流的夹角，且波动较大。,解决办法,：当飞机迎角改变时，机翼上下表面的压力将发生变化，上下的压力差,与迎角存在一定关系，可利用此关系获得迎角的大小。,5/24/2026,7,2.,空气动力学参量的测量：,迎角和侧滑角测量：,分类：,风标式迎角（侧滑角）传感器；,压差管式迎角（侧滑角）传感器；,探头式迎角（侧滑角）传感器。,5/24/2026,8,2.,空气动力学参量的测量：,迎角和侧滑角测量：,风标式迎角（侧滑角）传感器,：,组成,：翼形叶片（风标）、传动机构、电位计；,工作原理,：当正对气流方向时，迎角,0,，叶片,没有偏转；当存在某个偏角,a,时，则传动机构也,带动电位计连接端杆也偏转,a,角度，即测出了迎角的大小。当改变电位计连接杆,的长度，则改变该杆在电位计的运动角位移，从而改变了放大增益，为：,V,G,a,辅助改进措施,：,I.,增加阻尼装置，使叶片运动更加稳定；II.,增加加热除冰装置，防止叶片表面结冰。,精度,：,0.1,0.2,。,若将叶片改为对称形式，并安装在机体坐标轴系,Oxz,平面上，则可测量侧滑角。,5/24/2026,9,2.,空气动力学参量的测量：,迎角和侧滑角测量：,压差管式迎角（侧滑角）传感器,：,组成,：压差管、开口膜盒式压力传感器；,工作原理,：,当正对气流方向时，迎角,0,，,p,1,=p,2,，膜盒无形变，电位计在中位，,输出为,0,；当存在某个偏角,a,时，,p,1,p,2,，膜盒内外存在压差，产生形变，则电位,计产生对应位移，输出对应电压。,精度,：,0.1,。,改进措施,：如在压差管前方在开一个总压孔，侧方再开两个静压孔，则可用于测,量侧滑角。,5/24/2026,10,2.,空气动力学参量的测量：,迎角和侧滑角测量：,零压差式迎角（侧滑角）传感器,：,组成,：敏感探头、变换传动部分（气道、气室和桨叶）、输出部分和温控部分；,工作原理,：,将其按探头轴线平行与机体坐标轴系,Y,轴安装。当迎角为,0,时，两排测,压孔均正对气流方向，压差为,0,，探头内上下腔无压差，桨叶便无转动，电位计,输出为,0,；当迎角不为,0,时，上下测压孔产生压差，该压差带动桨叶旋转，直到重,新平衡为止，此时电位计输出对应角度的比例电信号。,精度,：,0.1,。,改进措施,：当将其按探头轴线平行于机体坐标轴,X,轴安装时，便可测量侧滑角。,5/24/2026,11,2.,空气动力学参量的测量：,大气数据计算机：,通过前面的讨论，可知利用总压、静压等大气参数便可对高度、空速、迎角,和侧滑角等飞行参数进行测量。在传统式飞机仪表系统中，存在多种仪表，它们,需要多套皮托（总压）静压测量系统来对大气参数进行测量，这就造成了测量,系统结构相当复杂；在现代飞行仪表系统中，则采用单套皮托静压系统（余度,设计时为多套）对大气参数进行测量，由大气数据计算机进行计算出各个飞行参,数。,5/24/2026,12,2.,空气动力学参量的测量：,大气数据计算机：,分类：,模拟式大气数据计算机；,数字式大气数据计算机；,混合式大气数据计算机。,5/24/2026,13,2.,空气动力学参量的测量：,大气数据计算机：,模拟式大气数据计算机,：,组成,：压力传感器、总温传感器、迎角传感器和伺服解算机构；,各部分功能,：,伺服式,静压,传感器可直接输出,高度,和,高度的变化率,；伺服式,动压,传感器可直,接输出,空速,，再通过伺服解算装置可计算得到,Ma,数,和,大气密度,。,迎角传感器可输出,局部迎角信号,，经,Ma,数,修正后可得到,真实迎角,，真实迎,角信号又可去修正,静压,。,5/24/2026,14,2.,空气动力学参量的测量：,大气数据计算机：,数字式大气数据计算机,：,组成,：传感器、输入接口、,CPU,、输出接口、自检与故障监测系统（,BIT,）。,各部分功能及对象,：,传感器分为,总静压传感器,、,总温传感器,和,迎角传感器,，功能为测量大气参数；,输入接口：将各种类型的信号调理为计算机可识别的数字信号；,CPU,：完成程序指令执行和计算任务；,输出接口：将,CPU,计算的数字信号结果转换为某种格式的输出信号，供仪表及控,制系统使用；,自检与故障监测系统：自检指在运行过程中不断检测计算机运行是否正常；故障,监测则对数据计算机系统的各个部分的故障进行判断和处理。,5/24/2026,15,2.,空气动力学参量的测量：,大气数据计算机：,数字式大气数据计算机,：,参数计算原理,：,I.,升降速度,Vz,计算：,标准气压高度曲线斜率,静压变化率,5/24/2026,16,2.,空气动力学参量的测量：,大气数据计算机：,数字式大气数据计算机,：,参数计算原理,：,II.,马赫数,Ma,及马赫数变化率计算：,5/24/2026,17,2.,空气动力学参量的测量：,大气数据计算机：,数字式大气数据计算机,：,参数计算原理,：,III.,真实空速,Vt,计算原理：,真实空速,Vt,是马赫数,Ma,和总温,Tt,的函数，即：,5/24/2026,18,2.,空气动力学参量的测量：,大气数据计算机：,数字式大气数据计算机,：,参数计算原理,：,IV.,大气静温计算原理：,大气静温,Ts,是大气总温,Tt,和马赫数,Ma,的函数，即：,5/24/2026,19,2.,空气动力学参量的测量：,大气数据计算机：,数字式大气数据计算机,：,参数计算原理,：,V.,大气总温计算原理：,大气总温由大气总温传感器测量得到，并经过测温电路和,A/D,处理后转换为计算,机可识别的数字量。,5/24/2026,20,2.,空气动力学参量的测量：,大气数据计算机：,数字式大气数据计算机,：,参数计算原理,：,VI.,大气密度计算原理：,大气密度是大气静压和大气静温的函数，即：,5/24/2026,21,