5. Инерциальный метод [13]

Инерциальный метод измерения высоты полета основан на двойном интегрировании вертикального ускорения летательного аппарата. Высотомер, построенный по этому принципу, состоит из акселерометра (датчика линейных ускорений) и интегриру­ющего устройства. Ось чувствительности акселерометра ориен­тирована по направлению земной вертикали с помощью гиростабилизированной платформы. Сигнал акселерометра пропорцио­нален алгебраической сумме вертикального ускорения и уско­рения силы тяжести g:

.

Для исключения погрешности, вызванной интегрированием ускорения силы тяжести, на вход интегрирующего устройства необходимо подавать разность

где u₂ = Kg — постоянный сигнал, компенсирующий влияние силы

тяжести.

При этом сигнал на выходе интегрирующего устройства (после двойного интегрирования) будет

,

где Н₀ — высота, соответствующая началу интегрирования.

Если интегрирование начинается в момент взлета (Н₀ = 0), то сигнал инерциального высотомера будет пропорционален от­носительной высоте полета (относительно места взлета).

Погрешности инерциальцого высотомера складываются из по­грешностей акселерометра (в том числе погрешностей из-за не­точной ориентации оси его чувствительности по вертикали), погрешностей от неточной компенсации силы тяжести и погреш­ностей интегрирующего устройства. Основным недостатком мето­да является нарастание погрешности с течением времени (посто­янная погрешность на входе интегратора дважды интегрируется и погрешность на выходе интегратора возрастает пропорциональ­но квадрату времени). Поэтому для реализации инерциального метода необходимы прецизионные устройства.

В результате сопоставления рассмотренных методов можно установить, что истинную высоту полета измеряют радиовысото­меры, акустические и оптические высотомеры, т. е. высотомеры, основанные на свойствах земной поверхности отражать волновые колебания; инерциальный высотомер измеряет относительную вы­соту Н_отн, а барометрический высотомер — барометрическую вы­соту Н_бар.

Акустический и оптический методы практически не использу­ются на летательных аппаратах: акустический метод принципи­ально неприменим на сверхзвуковых скоростях полета, а на до­звуковых он не нашел применения из-за больших погрешностей, однако не исключена возможность его использования для по­строения посадочного прибора; оптический метод пока еще не получил практического применения, но не исключено его исполь­зование по мере развития конструкций оптических квантовых ге­нераторов.

Основное применение на летательных аппаратах нашли баро­метрический, радиотехнический и в меньшей степени инерциаль­ный методы измерения высоты полета. Область применения инер­циального метода ограничена летательными аппаратами кратко­временного действия из-за нарастания с течением времени по­грешностей измерения высоты.

Ниже излагаются теория и особенности конструкции баромет­рических высотомеров.

§ 11.4. Барометрические высотомеры и датчики

1. Принципиальная схема барометрического высотомера

Чувствительным элементом барометрического высотомера (рис. 11.10) служит анероидная коробка 1, помещенная внутрь герметичного корпуса 2, соединенного трубопроводом 3 с прием­ником 4, воспринимающим статическое давление р окружающей атмосферы.

Приемник статического давления расположен снаружи лета­тельного аппарата и вынесен вперед с помощью штанги, установ­ленной в носовой части фюзеляжа или на передней кромке крыла.

При изменении статического давления изменяется величина упругой деформации анероидной коробки; перемещение s ее по­движного центра передается через передаточно-множительный механизм указывающей стрелке, которая поворачивается относи­тельно неподвижной шкалы на некоторый угол , величина кото­рого и служит мерой измеряемой высоты полета.

Барометрический датчик высоты отличается от высотомера тем, что на его выходной оси вместо стрелки помещается элек­трический преобразователь (потенциометрический, индуктивный, емкостный и т. п.), преобразующий угловое перемещение в из­менение электрического параметра (R, L или С) или же с помо­щью дополнительной электрической цепи и источника питания в изменение электрического напряжения и. Если на выходной оси помещена как указывающая стрелка, так и электрический пре­образователь, то прибор совмещает функции высотомера и дат­чика высоты.

По существу барометрический высотомер является пружин­ным манометром абсолютного' давления, шкала которого отгра­дуирована в единицах измеряемой высоты, а барометрический датчик высоты является разновидностью датчика абсолютного давления. Поэтому все изложенное в гл. VI об особенностях схе­мы, конструкции и погрешностях манометров и датчиков давле­ния в полной мере применимо к барометрическому высотомеру.