Пристрій для вимірювання швидкості зльоту літака

Пристрій відноситься до техніки вимірювання швидкості руху і може бути використаний в системах управління процесом зльоту. Відомий пристрій (1) кореляційного вимірювання швидкості руху транспортних засобів, який містить перший та другий акустичні ехолоти та забезпечує вимірювання швидкості кореляційним способом. Основний недолік такого пристрою є невисока точність вимірювання при великій складності реалізації процесу обчислення кореляційної функції. Відомий пристрій (2) вимірювання швидкості зльоту літака, який містить перший та другий акустичні ехолоти та забезпечує вимірювання швидкості зльоту шля хом послідовного порівняння відстаней літака від поверхні зльотної смуги, які вимірюються першим та другим ехолотом. Основний недолік цього пристрою є велика складність електронною обладнання, і як наслідок, низька технічна надійність та висока коштовність використання. В основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою вимірювання швидкості зльоту літака, який містить генератор високої частоти, акустичний випромінювач та акустичний приймач шляхом введення вимірювача частоти відбитого ультразвуку, який складається з першого та другого мультиплексора, генератора імпульсів, лічильника, модуля логічного множення, селектора максимального значення та блока пам'яті, який містить n запам'ятовуючи х модулів, шля хом введення вимірювача температури, індикатора та обчислювача швидкості зльоту, який містить перший та другий модуль ділення, перший та другий модуль множення, модуль віднімання та модуль складання, що дозволило забезпечити підвищення точності вимірювання швидкості зльоту при значно спрощеному електронному обладнанні. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій вимірювання швидкості зльоту літака, який містить генератор високої частоти, акустичний випромінювач та акустичний приймач, згідно з винаходом введені вимірювач частоти відбитого ультразвуку, вимірювач температури, обчислювач швидкості зльоту літака та індикатор, причому вихід генератора високої частоти підключений до входу акустичного випромінювача та до першого входу обчислювача швидкості зльоту літака, акустичний вихід акустичного випромінювача через поверхню відбиття зльотної смуги з'єднаний акустичним входом акустичного приймача, n електричних ви ходів якого підключені до n входів вимірювача частоти, вихід якого з'єднаний з другим входом обчислювача швидкості зльоту, до третього входу якою підключений вихід вимірювача температури, а ви хід обчислювача швидкості зльоту підключений до входу індикатора; вимірювач частоти відбитого ультразвуку містить генератор імпульсів, лічильник, перший та другий мультиплексори, модуль логічного множення, селектор максимального значення та блок пам’яті, який містить n запам'ятовуючи х модулів, причому n виходів акустичного приймача підключені до n входів першого мультиплексора, до m входів управління якого та паралельно до m входів модуля логічного множення підключені m цифрових виходів лічильника, до лічильного входу якого підключений вихід генератора імпульсів, вихід першого мультиплексора підключений до входу селектора максимального значення, вихід якого з’єднаний із m+1 входом модуля логічного множення, m виходів якого підключені до m входів управління другого мультиплексора, до n канальних входів якою підключені n виходів блока пам'яті, а вихід другого мультиплексора з'єднаний з другим входом обчислювача швидкості зльоту літака, який містить модуль віднімання, перший та другий модуль ділення, перший та другий модуль множення та модуль складання, причому вихід генератора високої частоти підключений до першого входу першого модуля ділення, до другого входу якого підключений вихід вимірювача частоти, а вихід першого модуля ділення з'єднаний із входом модуля віднімання, вихід якого підключений до першого входу др угого модуля множення, вихід вимірювача температури підключений до входу першого модуля множення вихід якого з’єднаний із входом модуля складання, вихід якого підключений до другого входу другого модуля множення, вихід якого з'єднаний із входом другого модуля ділення, вихід якого підключений до входу індикатора. На фіг.1 показана структура установлення акустичного випромінювача та акустичного приймача в літаку та напрямок випромінюємого і приймаємого проміню ультразвуку відносно напрямку переміщення літака по зльотній смузі. На фіг.2 зображена загальна структурна схема пристрою вимірювання швидкості зльоту літака. На фіг.3 показана блок-схема вимірювача частоти відбитого ультразвуку. На фіг.4 зображена блок-схема обчислювача швидкості зльоту літака. Пристрій вимірювання швидкості зльоту літака містить генератор 1 високої частоти, акустичний випромінювач 2, акустичний приймач 3, вимірювач частоти 4, вимірювач температури 5, обчислювач швидкості зльоту 6 та індикатор 7. Вихід генератора 1 і високої частоти підключений до входу акустичного випромінювача 2 та до першого входу обчислювача швидкості зльоту 6, акустичний вихід акустичного випромінювача 2 через поверхню відбиття зльотної смуги з'єднаний з акустичним входом акустичного приймача 3, n електричних виходів якого підключені відповідно до n входів вимірювача 4 частоти, вихід якого з'єднаний з другим входом обчислювача швидкості зльоту 6, до третього входу якого підключений вихід вимірювача температури 5, а вихід обчислювача швидкості зльоту 6 з'єднаний із входом індикатора 7. На фіг.3 зображена блок-схема вимірювача частоти відбитого ультразвуку, який містить генератор імпульсів 8, лічильник 10, перший 9 другий 16 мультиплексори, модуль логічного множення 11, селектор максимального значення 17 та блок пам'яті 12, який складається із n запам'ятовуючи х модулів 13, 14, 15. Вихід генератора імпульсів 8 підключений до лічильного входу лічильника 10, m цифрових ви ходів якого відповідно підключені паралельно до m входів управління першого мультиплексора та до m входів модуля 11 логічного множення. До n канальних входів першого мультиплексора 9 підключені відповідно n електричних ви ходів акустичного приймача 3, а вихід першого мультиплексора 9 з'єднаний із входом селектора максимального значення 17, вихід якого підключений до m+1 входу модуля 11 логічного множення, m цифрових виходів якого відповідно підключені до m входів управління другого мультиплексора 16, до n канальних входів якого відповідно підключені n виходів блока пам'яті 12, який містить відповідно n запам'ятовуючи х модулів 13, 14, 15, а вихід др угого м ультиплексора 16 з'єднаний з другим входом першого модуля ділення 18. На фіг.4 показана блок-схема обчислювача швидкості зльоту літака, який містить перший 18 та другий 23 модуль ділення, перший 20 та другий 22 модуль множення, модуль віднімання 19 та модуль складання 21. До першого входу першого модуля ділення 18 підключений вихід генератора 1 високої частоти, до другого входу - ви хід другого мультиплексора 16, а вихід першого модуля ділення 18 з'єднаний із входом модуля віднімання 19, вихід якого підключений до першого входу др угого модуля множення 22, до входу першого модуля множення 20 підключений вихід вимірювача температури 5, вихід першого модуля множення 20 з'єднаний із входом модуля складання 21, вихід, якого підключений до другого входу др угого модуля множення 22, а його вихід з’єднаний із входом другого модуля ділення 23, вихід якого з'єднаний із входом індикатора 7. Пристрій вимірювання швидкості зльоту літака працює таким чином. В процесі переміщення літака по льотнопосадковій смузі акустичний випромінювач 2 безперервно випромінює ультразвуковий промінь в бік зльотної смуги (фіг.1) з частотою f и, ультразвуковий промінь відбивається від зльотної смути з частотою fп та потрапляє на акустичний вхід акустичного приймача 3 під визначеним кутом a відповідно напрямку переміщення літака. Відповідно принципу Допплера частота fп приймаємого ультразвукового сигналу збільшується, якщо приймач наближається до джерела ультразвуку, тобто до місця відбивання ультразвуку від зльотної смути (фіг.1). При цьому частота fп ультразвук у, який поступає в акустичний приймач 3, визначається за загальною формулою [3]: С - Vп fп = fи (1) С - Vи де С - швидкість ультразвуку в повітрі, Vп - швидкість переміщення приймача, Vи - швидкість переміщення випромінювача, fи - частота звуку, який випромінюється акустичним випромінювачем 2. Якщо акустичний приймач 3 наближається до точки відбиття на зльоти смузі (фіг.1), то відповідно [3] в формулі (1) Vп=0 і тоді формулу (1) можна записати так: С fп = fи (2) С - Vи Із формули (2) легко визначити значення швидкості Vи переміщення акустичного випромінювача 2: æ f ö Vи = ç 1- и × С÷ (3) ç f ÷ п è ø Швидкість С ультразвуку в повітрі відповідно [3] визначається за формулою: С=331,6+0,6·t м/сек. (4) де t - температура в градусах по Цельсію. Відповідно фіг.1 вектор швидкості Vи, який визначається за формулою (3), зміщений відносно вектору швидкості Vл літака, який рухається по зльотмій смузі, під кутом a, тому для визначення швидкості Vл зльоту літака, необхідно значения Vи розділити на cosa, тобто: (5) Vл=Vи /cosa Таким чином, остаточнаформула визначення швидкості Vл зльоту з врахуванням виразів (3), (4) та (5) буде мати вигляд: æ f ö (3316 + 0,6t ) , Vл = ç 1 - и ÷ × (6) ç ÷ fп ø cos a è Для вимірювання зміни частоти fп відображеного ультразвуку в акустичному приймачу 3 установлюється n п'єзоелектричних каналів. В процесі вимірювання в одному із n каналів отриманий електричний сигнал буде мати максимальне значення відносно решти каналів. Оскільки в цьому каналі п'єзоелектричний елемент буде налаштований на дану частоту fп . Відповідно цьому в вимірювачі 4 частоти введені генератор 8 імпульсів, який заповнює лічильник 10, m-рядний цифровий код із лічильника 10 постійно змініюється та подається на управляючі входи першого мультиплексора 9 і переключає його n каналів, до яких підключені n електричних виходів акустичного приймача 3, причому між числами n і m існує співвідношення n=2’’’, вихід першого мультиплексора 9 підключений до входу селектора максимального значення 17, який виділяє максимальне значення прийнятого сигналу і включає модуль логічного множення 11. На виході модуля 11 виділяється m-разрядний цифровий код, значення якого відповідає номеру каналу першого мультиплексора 9, по якому з'явився максимальний сигнал із акустичного приймача 3. Виділений в модулі логічного множення 11 цифровий m-розрядний код вмикає один із n каналів другого мультиплексора 16, по якому із блоку пам'яті 12 зчитується значення частоти fп, яке відповідає максимальному значенню сигналу із акустичного приймача 3. Значення частоти fп з виходу другого мультиплексора 16 подається на другий вхід першого модуля ділення 18, на перший вхід якого подається значення частоти fи випромінювання, на виході першого модуля ділення 18 з’явиться відношення fи/fп , яке подається на модуль віднімання 19, на виході якого з’явиться величина (1-fи/fп), яка подається на перший вхід другого модуля множення 22. На вхід першого модуля множення 20 поступає значення температури t з вимірювача температури 5, на виході першого модуля множення 20 з'явиться величина 0,6t, яка подається на вхід модуля складання 21, на виході якого з'явиться величина 331,6+0,6t, яка подається на другий вхід другого модуля множення 22, на виході якого з'явиться величина відповідно форрмулі: æ f ö Vи = ç 1- и ÷ × (3316 + 0,6t ) , ç f ÷ п ø è Величина Vи подається на вхід другого модуля ділення, на виході якого з’явиться значення швидкості Vл зльоту літака, визначене відповідно формулі: Vл=Vи /cosa Величина Vл висвітлюється на індикаторі 7. Пристрій, який пропонується відповідно винаходу зможе знайти широке призначення в системах точного вимірювання швидкості переміщення наземних транспортних засобів. Велике значення може мати пропонуємий пристрій при його застосуванні в системах визначення швидкості зльоту літаків з метою забезпечення гарантії безпеки польоту. Джерела інформації 1. Козубовський С.Ф. „Корреляционные экстремальные системы", Киев, „Наукова думка", 1973г. - 195с. 2. Пристрій вимірювання швидкості зльоту літака. Заявка №2002086711 і Рішення про видачу деклараційного патенту від 08.01.2002р. 3. Кухлинг X. Справочник по физике. - Μ., 1984. - 360с.