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.