ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВ ПОВОРОТА САМОЛЕТА

Для измерения угловых перемещений самолета необходимо иметь, очевидно, какие-то реперы, связанные с земной поверх­ностью. Такими реперами могут служить какие-нибудь ориен­тиры на земной поверхности, линия горизонта и, наконец, солнце, если его положение относительно земной поверхности точно из­вестно в данный момент времени (что легко достигается). Для вычисления углов поворота самолета необходимо иметь изобра­жение этих ориентиров на поверхности, связанной жестко с са­молетом, что можно сделать при помощи фотографирования.

Инструментом для определения относительного положения горизонта и самолета может служить простейшее зеркало. Если такое зеркало укрепить жестко относительно самолета парал­лельно’ поперечной ПЛОСКОСТИ Oyi^i, то изображение плоскости’ горизонта в этом зеркале при изменении угла тангажа будет перемещаться параллельно самому себе, а при изменении угла крена будет поворачиваться на угол, равный углу крена. Если же его укрепить параллельно плоскости симметрии Охіуи то при изменении угла тангажа изображение горизонта будет повора­чиваться на угол, равный углу тангажа, а при изменении угла крена будет перемещаться параллельно самому себе. При уста­новке зеркала в промежуточном положении получим комбини­рованный процесс. Установка двух таких зеркал позволяет определить углы крена и тангажа по угловым перемещениям линии горизонта. Совершенно аналогично можно измерить эти углы по изображению солнечного диска в зеркале на самолете.

Эти методы не получили большого распространения из-за ря­да недостатков. Во-первых, вследствие нечеткости изображения горизонта точность замеров углов невелика — в лучшем случае порядка 1°, поэтому эти методы можно применять лишь в редких случаях, когда не требуется большой точности, например, при изучении развившегося штопора самолета. Во-вторых, эти ме­тоды требуют очень хорошей видимости горизонта, что бывает сравнительно редко даже в хорошую легную погоду из-за дымки.

При регистрации положения самолета относительно земных ориентиров можно воспользоваться обычными аэрофотограммет — рическими методами. Пусть на земной поверхности имеется тре-

угольник АВС (фиг. 12.7), фотографируемый с самолета фото — аппаратом с объективом в точке О і, оптическая ось когоірого направлена по вертикальной оси самолета. На фотографии по­лучим изображение abc. Очевидно, зная размеры треугольников АВС и abc, а также фокусное расстояние f, можно определить положение плоскости фотопластинки и осей этой плоскости от­носительно треугольника АВС; иначе говоря, можно ориенти­ровать триедр OiXiyiZi относительно некоторого земного триедра ОхоуоХо, а это и значит, что мы можем определить координаты центра тяжести и три угла поворота. Не излагая подробно этого метода, заметим только, что при условии хорошей видимости и четкости изображения ориентиров на фотографии можно таким путем определить углы и координаты с достаточной точностью.

Фиг. 12.7. Схема определения по-
ложения самолета в пространстве
аэрофотограмметрическими мето-
дами.

В установившемся прямолинейном движении, когда углы наклона самолета не меняются с течением времени, углы тан­гажа и крена легко определяются при помощи уклономе­ров. Наиболее простым прибором, который можно легко соз­дать в любых условиях, является жидкостный уклономер (фиг. 12.8), основанный на принципе сообщающихся сосудов. Он состоит из бачка вместимостью порядка 0,1—0,25 л и стек­лянной изогнутой трубки, в которые заливается жидкость. Весь прибор смонтирован на доске. Ось прибора и прямая, проведен­ная через центр бачка в точку уровня жидкости в трубке, со­ставляют некоторый угол 9, определяемый по приближенной формуле

. /г

Чтобы разобраться, как этот угол о связан с угловыми перемещениями самолета, напишем уравнение плоскости гори­
зонта, проведенной через центр бачка, в связанных осях. На — отравляющие косинусы вертикальной земной оси, т. е. нормали к горизонтальной плоскости, в связанных осях равны sin fr, cos & cosy,—cos & sin Y. Отсюда по известным правилам анали­тической геометрии получим искомое уравнение

Xi sin &Ч-уі cos & cos у — Zicos&siny =0.

Если плоскость уклономера совпадает с поперечной плоско­стью (назначение уклономера — замерять угол крена), то в его ПЛОСКОСТИ (*1 = 0) получим в пересечении прямую

T—te-r-

*1

Следовательно, поперечный уклономер замеряет в точности угол крена. Если уклономер предназначен для замера углов тангажа (продольный уклономер) и его плоскость параллельна плоскости симметрии самолета (£i=0), то в пересечении получим прямую

У = tgА

Х cos 7

Следовательно, продольный уклономер измеряет в точности угол тангажа лишь в том случае, если угол крена равен нулю. Если угол крена не равен нулю, угол тангажа нужно определять по формуле

tg & =^tg о cos у,

где ср.— угол, показываемый продольным уклономером;

Y — угол крена, определяемый по поперечному уклономеру.

Предварительно оба уклономера всегда тарируются в лабо­раторных условиях (определяется зависимость угла с? от высоты столба в трубке), а на самолете снимаются несколько контроль­ных точек для проверки правильности установки и определения угла установки уклономера относительно самолета.

Уклономеры жидкостного типа весьма просты. При доста­точно большой длине базы, порядка 500—600 мм, и хорошей шкале (точность отсчета порядка 1 мм) можно ими измерять углы с точностью до 0,1—0,2°. Однако не всегда можно найти место для размещения уклономера; на одноместном самолете без специального наблюдателя вообще пользоваться визуальным уклономером затруднительно. В таких случаях для замера углов пользуются обычно самописцами углов наклона (инклиногра — фами), представляющими собой обычный маятник с демпфером и мультиплицирующим механизмом для увеличения точности записи. Такие инклинографы записывают те же углы, что и жидкостные уклономеры. Методы обработки и тарировки те же.

Следует заранее предостеречь от часто встречающейся ошиб­ки, И жидкостные и маятниковые уклономеры могут измерять угол наклона самолета только в установившемся прямолиней­ном полете, когда отсутствуют ускорения. При на­личии ускорений такие приборы принципиально могут измерять только углы вектора перегрузки с осями самолета (см. § 8), и то, в силу инертности на неустановившихся режимах, они измеряют и эти углы с большими ошибками. Поэтому при изучении криво­линейного неустановившегося полета эти приборы применяются только для замера углов при исходном (или конечном) устано­вившемся режиме (см. § 7).

В неустановившемся движении углы поворота самолета (у и & ) могут быть записаны при помощи инклинографов гиро­скопического типа. В практике летных испытаний эти приборы вследствие их большой сложности применяются редко — только при специальных исследованиях.