Этот пример моделирует указанную и истинную воздушную скорость. Он представляет собой фрагмент полной проблемы аэродинамики, включая только измерение и калибровку.
Для просмотра моделей коррекции скорости воздуха введите в командной строке MATLAB ® следующее:
aeroblk_indicated aeroblk_calibrated
aeroblk_indicated Модель
aeroblk_calibrated Модель
Для измерения скорости летательного аппарата в большинстве конструкций легких летательных аппаратов по принципу Бернулли реализуются индикаторы полной скорости. Индикаторы ПВД измеряют скорость полета расширяющейся капсулой, которая расширяется и сжимается с увеличением и уменьшением динамического давления. Это известно как калиброванная воздушная скорость (CAS). Именно это видит пилот в кабине самолета.
Для компенсации погрешностей измерений помогает выделить три типа воздушной скорости. Эти типы более подробно описаны ниже.
Тип скорости | Описание |
|---|---|
Калиброванный | Приборная скорость, исправленная на погрешность калибровки |
Эквивалентный | Калиброванная воздушная скорость с поправкой на ошибку сжимаемости |
Правда | Эквивалентная скорость воздуха, скорректированная с учетом погрешности плотности |
Датчик скорости воздуха имеет статическое вентиляционное отверстие для поддержания его внутреннего давления равным атмосферному. Положение и расположение статического вентиляционного отверстия относительно угла атаки и скорости самолета определяет давление внутри датчика скорости и, следовательно, погрешность калибровки. Таким образом, погрешность калибровки специфична для конструкции летательного аппарата.
Таблица калибровки скорости полета, которая обычно включается в руководство по эксплуатации пилота или другую документацию по самолету, помогает пилотам преобразовывать указанную скорость полета в калиброванную.
Плотность воздуха не является постоянной, и сжимаемость воздуха увеличивается с высотой и скоростью воздуха, или когда он содержится в ограниченном объеме. Датчик полной статической скорости воздуха содержит ограниченный объем воздуха. На больших высотах и большой скорости воздуха калиброванная скорость воздуха всегда выше эквивалентной. Эквивалентная скорость воздуха может быть получена путем корректировки калиброванной скорости воздуха на погрешность сжимаемости.
На больших высотах показатели скорости воздуха считываются ниже истинной скорости, поскольку плотность воздуха ниже. Истинная воздушная скорость представляет собой компенсацию эквивалентной скорости воздуха для погрешности плотности, разности плотности воздуха на высоте от плотности воздуха на уровне моря, в стандартной атмосфере.
aeroblk_indicated и aeroblk_calibrated модели показывают, как взять истинную воздушную скорость и скорректировать ее до указанной скорости для отображения приборов в легком самолете Cessna 150M Commuter. aeroblk_indicated модель реализует преобразование в указанную воздушную скорость. aeroblk_calibrated модель реализует преобразование в истинную воздушную скорость.
Каждая модель состоит из двух основных компонентов:
Блок модели атмосферы COESA вычисляет изменение атмосферных условий с изменением высоты.
Идеальный блок коррекции скорости воздуха преобразует истинную скорость воздуха в калиброванную скорость и наоборот.
Блок модели атмосферы COESA (COESA Atmosphere Model) - это математическое представление стандартных более низких атмосферных значений U.S. 1976 COESA (Committee on Extension to the Standard Atmosphere) для абсолютной температуры, давления, плотности и скорости звука для входной геопотенциальной высоты. Ниже 32 000 метров (104 987 футов) стандартная атмосфера США идентична стандартной атмосфере ИКАО (Международной организации гражданской авиации).
aeroblk_indicated и aeroblk_calibrated модели используют блок COESA Atmosphere Model для обеспечения скорости ввода звука и давления воздуха для блока Ideal Airspeed Correction в каждой модели.
Блок Ideal Airspeed Correction компенсирует ошибки измерения скорости для преобразования скорости из одного типа в другой. В следующей таблице приведены входные и выходные данные блока коррекции идеальной скорости.
| Входной сигнал скорости | Выходная скорость воздуха |
|---|---|
| Истинная воздушная скорость | Эквивалентная воздушная скорость |
| Калиброванная воздушная скорость | |
| Эквивалентная воздушная скорость | Истинная воздушная скорость |
| Калиброванная воздушная скорость | |
| Калиброванная воздушная скорость | Истинная воздушная скорость |
| Эквивалентная воздушная скорость |
В aeroblk_indicated в модели блок Ideal Airspeed Correction преобразуется в калиброванную воздушную скорость. В aeroblk_calibrated в модели блок Ideal Airspeed Correction преобразуется в истинную воздушную скорость.
В следующих разделах объясняется, как блок коррекции идеальной скорости движения воздуха математически представляет преобразования скорости движения воздуха:
Реализация True Airspeed. Истинная воздушная скорость (TAS) реализована как вход и как функция эквивалентной воздушной скорости (EAS), выражаемая как
aa0δ
где
| α | Скорость звука на высоте в м/с |
| δ | Относительное отношение давлений на высоте |
| a0 | Скорость звука при среднем уровне моря в м/с |
Калиброванная реализация скорости воздуха. Калиброванная воздушная скорость (CAS), полученная с использованием сжимаемой формы уравнения Бернулли и предполагающая изэнтропические условия, может быть выражена как
(γ − 1 )/γ − 1]
где
| ρ0 | Плотность воздуха при среднем уровне моря в кг/м3 |
| P0 | Статическое давление при среднем уровне моря в N/m2 |
| γ | Соотношение удельных тепловыделений |
| q | Динамическое давление на среднем уровне моря в N/m2 |
Реализация эквивалентной скорости полета. Эквивалентная воздушная скорость (EAS) аналогична ПТК, за исключением того, что статическое давление на уровне моря заменяется статическим давлением на высоте.
(γ − 1 )/γ − 1]
Символы определяются следующим образом:
| ρ0 | Плотность воздуха при среднем уровне моря в кг/м3 |
| P | Статическое давление на высоте в N/m2 |
| γ | Соотношение удельных тепловыделений |
| q | Динамическое давление на среднем уровне моря в N/m2 |
В aeroblk_indicated модель, самолет определяется как движущийся с постоянной скоростью 72 узла (истинная воздушная скорость) и высотой 500 футов. Закрылки установлены на 40 градусов. Блок COESA Atmosphere Model принимает за вход высоту и выдает скорость звука и давление воздуха. Принимая в качестве входных данных скорость звука, давление воздуха и скорость воздуха, блок Ideal Airspeed Correction преобразует истинную скорость воздуха в калиброванную скорость. Наконец, подсистема расчета IAS использует настройку заслонки и калиброванную воздушную скорость для вычисления указанной воздушной скорости.
В блоке «Дисплей» модели отображаются как обозначенные, так и калиброванные скорости.
В aeroblk_calibrated модель, самолет определяется как движущийся с постоянной скоростью 70 узлов (указанная воздушная скорость) и высотой 500 футов. Закрылки установлены на 10 градусов. Блок COESA Atmosphere Model принимает за вход высоту и выдает скорость звука и давление воздуха. Calculate CAS подсистема использует настройку заслонки и приборную скорость для расчета калиброванной скорости. Наконец, используя в качестве входных данных скорость звука, давление воздуха и истинную калиброванную воздушную скорость, блок Ideal Airspeed Correction преобразует калиброванную воздушную скорость обратно в истинную воздушную скорость.
Блок Display модели показывает как калиброванные, так и истинные скорости.
