Условия эксплуатации авиационных приборов
Реальные условия эксплуатации авиационных приборов предъявляют к ним целый ряд специфических требований по сравнению с приборами, используемыми в промышленных установках.
Авиационные приборы работают в условиях вибраций, характеризующихся большим спектром частот и значительными амплитудами перегрузок, возникающих при этом. Так, частоты вибраций на самолете (вертолете), где скорость вращения вала или турбины двигателя составляет 1 000—12 000 об/мин, лежат в пределах от 20 до 200 гц. В связи с этим различают два понятия прочности:
внбропрочность, т. е. безотказная работа прибора в течение заданного времени при указанных частотах вибраций;
виброустойчивость, т. е. отсутствие погрешностей прибора, вызванных вибрацией.
Вибропрочность достигается подбором материалов и рациональным конструированием.
Виброустойчивость достигается уравновешиванием деталей,, устранением люфтов и демпфированием. Техническими требованиями вибрационная перегрузка п задается в единицах g, и величина ее зависит от места расположения прибора или его части.
Так, на двигателе n=64-10g; на раме крепления двигателя n=4-f-6g; в фюзеляже n=2-=-4g; на неамортизированной приборной доске п = 2 g на амортизированной приборной доске л=0,6-7-1,5 g.
Авиационные приборы работают в условиях частых изменений температур, больших перепадов давлений и повышенной влажности, в широком диапазоне скоростей и высот полета.
Изменение температуры по сравнению с той, при которой градуировался прибор, вызывает изменение:
линейных размеров деталей и изменение передаточных отношений;
упругих свойств деформируемых элементов; электрического сопротивления проводников и магнитного сопротивления магнитопроводов; состояния смазки;
образования конденсата водяных паров.
Температурные погрешности уменьшаются за счет таких мер, как соответствующий выбор материалов, применение температурных компенсаторов для предотвращения изменения передаточных отношений, использование специальных сортов масел и др.
Понижение плотности воздуха сказывается главным образом на’ работе приборов, приводимых в движение воздухом, так как производительность источников питания пневматических приборов снижается. Малая плотность воздуха также понижает пробивное напряжение элементов электрических приборов, ухудшает условия коммутации.
Повышенная влажность воздуха, окружающего прибор, вызывает более интенсивную коррозию деталей. Для предупреждения коррозии деталей применяются специальные антикоррозионные покрытия (кадмирование, цинкование, анодирование), а для корпусов используются лакокрасочные покрытия. Кроме того, корпуса приборов выполняются герметичными или брызгонепроницае — мыми. Системы трубопроводов питания авиаприборов имеют фильтры-отстойники. В эксплуатации они систематически очища ются от влаги.
Согласно общим требованиям авиационные приборы должны безотказно работать при следующих условиях:
в диапазоне изменения температур от —60 до +50°С; при влажности от 0 до 100%;
при падении атмосферного давления до 40 мм рт. ст.
(что соответствует высоте полета 20 км).
Погрешности, возникающие при осуществлении измерений, имеют весьма разнообразный характер и обусловлены самыми различными причинами.
Они могут быть вызваны:
недостатками измерительных приборов и методов, положенных ■в основу их создания;
несовершенством органов чувств наблюдателя;
непостоянством условий измерения;
неполнотой знаний всей сложности законов, положенных в основу создания измерительной аппартуры;
неправильными действиями наблюдателя.
Все погрешности разделяются на три класса:
1) случайные погрешности;
2) промахи;
3) систематические погрешности.
Случайные погрешности — погрешности, неопределенные по своей величине и природе, в появлении каждой из которых не наблюдается какой-либо закономерности. Считаются случайными те явления, которые определяются сложной совокупностью переменных величин. К этим явлениям индивидуальный подход невозможен, и лишь для их совокупности могут быть установлены определенные закономерности. Случайными погрешностями определяется точность измерений. Учет таких погрешностей возможен лишь на основе методов теории вероятностей.
Промахи — погрешности, приводящие к явному искажению результата измерения. Наличие промаха определяет годность измерений. В отношении измерительных приборов «промахом» следует считать показания прибора, совершенно несоответствующие измеряемой величине. Промахи вызываются главным образом уменьшением внимания со стороны наблюдателя, вызванным как условиями полета, так и недостатками конструкции отсчетных приспособлений, освещения и т. п. В условиях эксплуатации необходимо принимать соответствующие меры во избежание появления промахов.
Систематические погрешности — погрешности постоянные или изменяющиеся по определенному закону. Наличие ■систематических погрешностей определяет правильность показаний. Систематические погрешности могут появиться как из-за несовершенства или сложности воспроизведения связи величин в уравнении принципа действия (для ПЧ и приемника) или несовершенства метода измерения, так и вследствие недостатков конструкции и технологии изготовления и сборки реальных приборов. Систематические погрешности делятся на методические и конструктивные (инструментальные).
Методическими погрешностями называют такие, которые возникают вследствие:
несовершенства метода измерения, например из-за сложности реализации функциональной зависимости, списывающей явление,, которое положено в основу создания прибора;
сложности точного воспроизведения уравнений принципа действия прибора (датчика, приемника);
замены точной теоретической связи между измеряемой величиной и моментами приближенной. В общем случае из-за отступ ления от теоретических значений характеристик параметров функциональных элементов;
неучета, кроме измеряемой величины других внешних факторов, не связанных с конструкцией, но влияющих на показания прибора, т. е. на величины моментов ПЧ и П.
Методические погрешности не могут быть уменьшены введением новой технологии, улучшением конструкции и т. п. Они характеризуют уровень научных исследований и состояние знаний и — представлений о явлениях, положенных в основу создаваемых измерительных устройств.
Характерным примером появления методической погрешности является погрешность при измерении температуры с использованием термоэлектрического метода. В этом методе измерение температуры осуществляется измерением термоэлектродвнжущей силы, зависящей от температуры. Термометры подробно рассматриваются в специальной главе.
Методическая погрешность будет отсутствовать только при температуре холодного спая, равной нулю. Только в этом случае милливольтметр, отградуированный в градусах, может быть применен в качестве показывающего прибора термометра. В действительности температура холодного спая нулю не равна. Следовательно, градуировка прибора нарушается и появится методическая погрешность. Для устранения методической погрешности необходимо в условиях эксплуатации термостатировать холодный спай, либо применить такое устройство, которое сделает влияние изменений температуры холодного спая на показания прибора пренебрежимо малым.
В качестве другого примера можно привести измерение количества или расхода горючего скоростными расходомерами с применением вертушки. Число оборотов пв вертушки связано с количеством Q протекающей через трубопровод жидкости зависимостью
«в = kQ,
где k — постоянная прибора, зависящая от геометрических размеров частей прибора и вязкости жидкости.
Показания будут точны только для жидкости определенной вязкости. Следовательно, при изменении вязкости жидкости в показаниях расходомера возможно появление методической погрешности. Эта методическая погрешность обусловлена приближенной математической зависимостью, используемой при создании измерительного прибора. Более точное выполнение связи в уравненииі принципа действия приведет к чрезмерному усложнению схемы и конструкции. В то же время величина этой погрешности допустима для технических измерений при условии выполнения особых требований в эксплуатации.
Из рассмотренных примеров появления методических погрешностей можно сделать вывод о возможных методах их компенсации и уменьшения.
Наиболее общим методом, широко применяемым и для компенсации других погрешностей, является введение в схему измерительного прибора устройств, осуществляющих дополнительную коррекцию.
Введение корректирующих сигналов может производиться автоматически и вручную.
Для осуществления автоматического введения корректирующих сигналов необходимы дополнительные функциональные элементы (ПЧ, ПМВ, Пр), для которых измеряемой величиной будут являться параметры, вызывающие методическую погрешность. Совершенно естественно, что такое усложнение измерительного устройства не всегда может быть оправдано.
В первом рассмотренном примере методическая погрешность исключается введением в прибор чувствительного элемента — биметалла, реагирующего на изменение температуры окружающей среды. Во втором примере необходимы чувствительные элементы, реагирующие на изменение плотности жидкости. Создание такого компенсатора представляет значительные сложности.
Неавтоматическое введение корректирующего сигнала осуществляется механическим корректором, предусмотренным в кинематической схеме (например, кремальера в высотомере, винт корректора в измерительном приборе-термометре) или корректором другого вида, определенным функциональным элементом Пр в схеме прибора. Величина сигнала коррекции определяется расчетом.
Другим методом уменьшения методической погрешности является поддержание условий получения минимальных погрешностей непосредственно в условиях эксплуатации. Например, расположение прибора в определенном положении по отношению к магнитному полю Земли. Для уменьшения его влияния на показания точных электроизмерительных приборов нужно особое размещение указателей поворота, авиагоризонтов и других авиационных специальных приборов; указание на шкалах приборов значений внешних параметров, при которых методические погрешности отсутствуют; поддержание постоянства напряжения питающей цепи; применение жидкостей с определенными характеристиками — плотностью для расходомеров, диэлектрической постоянной для емкостных топливомеров ИТ. п.
Конструктивными (инструментальными) погрешностями называются такие, которые возникают вследствие недостатков конструкции прибора и его элементов, а также несовершенства материалов, из которых прибор изготовлен.
Любому измерительному прибору, приемнику, датчику и автоматическому устройству в какой-то мере присущи конструктивные (инструментальные) погрешности. Они определяются тем, что в реальных конструкциях неизбежны отклонения различных геометрических и физических параметров, приводящие в конечном счете к изменению показаний приборов — появлению конструктивной погрешности. В равной мере эти погрешности вызываются и изменением в процессе эксплуатации параметров и характеристик материалов, примененных при изготовлении отдельных элементов и деталей.
Значительная погрешность появляется от трения в опорах подвижной части или в деталях, связанных с ее перемещением.
Основными методами уменьшения конструктивных погрешностей являются следующие.
Введение компенсаций, осуществляющих изменение параметров прибора в соответствии с общим методом, применяемым для компенсации методических погрешностей, т. е. введение чувствительных элементов, реагирующих на изменение внешнего параметра. Например, применение специальных противовесов, компенсирующих влияние внешних сил на неуравновешенные детали; введение биметаллических пластин, компенсирующих изменение модуля упругости от температуры, и т. п.
Подбор параметров прибора по принципу взаимной компенсации одних погрешностей за счет других. Например, применение материалов с разными коэффициентами линейного расширения позволяет значительно уменьшить величину погрешности.
Оптимальный принцип конструирования, при котором за счет улучшения технологии, правильного расположения деталей и выполнения их из соответствующих материалов с определенной ча — ‘ сютной характеристикой удается значительно уменьшить погрешности. Например, выбором направления действия сил можно уменьшить величины деформаций; подбором материалов по упругости и прочностным характеристикам можно уменьшить погрешности во взаимном расположении деталей и моментов.
Однако полностью устранить и скомпенсировать все конструктивные погрешности не удается, некоторые из них остаются. К таким погрешностям относятся:
погрешность от упругого последействия, зависящая от способности упругих материалов при воздействии сил не сразу принимать свою окончательную форму, а по истечении определенного времени;
погрешность от гистерезиса, связанная с тем, что после разгрузки материала некоторая часть деформации восстанавливается не сразу же, а через некоторое время. Гистерезис может возникнуть от действия и немеханических сил. Обе эти погрешности уменьшаются за счет значительного уменьшения допустимых напряжений п применения специальных материалов. При эксплуатации и особенно при проведении ремонтных работ необходимо знать особенности правильного конструирования с учетом функциональных
элементов измерительных устройств и взаимной замены деталей, узлов и целых агрегатов. При ремонте и регулировке измерительных устройств важно знать конструктивные погрешности, способы их компенсации и регулировочные элементы в реальных конструкциях.