Літакова апаратура для вимірювання параметрів хмар
Наведено опис розробленої апаратури для вимірювання параметрів хмар (водність та середній діаметр крапель) та оцінено похибки їх вимірювань. Приведено описание разработанной аппаратуры для измерения параметров облаков (водность и средний диаметр капель) и дана оценка погрешностей их измерений....
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут МНС та НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/51552 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Літакова апаратура для вимірювання параметрів хмар / Б.О. Іванов, В.Б. Осіс, Л.М. Товстенко // Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту: Зб. наук. пр. — 2007. — Вип. 256. — С. 400-407. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-51552 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Іванов, Б.О. Осіс, В.Б. Товстенко, Л.М. 2013-12-01T17:51:20Z 2013-12-01T17:51:20Z 2011 Літакова апаратура для вимірювання параметрів хмар / Б.О. Іванов, В.Б. Осіс, Л.М. Товстенко // Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту: Зб. наук. пр. — 2007. — Вип. 256. — С. 400-407. — укр. XXXX-0054 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/51552 551.508:543.275.1 Наведено опис розробленої апаратури для вимірювання параметрів хмар (водність та середній діаметр крапель) та оцінено похибки їх вимірювань. Приведено описание разработанной аппаратуры для измерения параметров облаков (водность и средний диаметр капель) и дана оценка погрешностей их измерений. uk Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут МНС та НАН України Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту Методи і засоби гідрометеорологічних досліджень Літакова апаратура для вимірювання параметрів хмар Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Літакова апаратура для вимірювання параметрів хмар |
| spellingShingle |
Літакова апаратура для вимірювання параметрів хмар Іванов, Б.О. Осіс, В.Б. Товстенко, Л.М. Методи і засоби гідрометеорологічних досліджень |
| title_short |
Літакова апаратура для вимірювання параметрів хмар |
| title_full |
Літакова апаратура для вимірювання параметрів хмар |
| title_fullStr |
Літакова апаратура для вимірювання параметрів хмар |
| title_full_unstemmed |
Літакова апаратура для вимірювання параметрів хмар |
| title_sort |
літакова апаратура для вимірювання параметрів хмар |
| author |
Іванов, Б.О. Осіс, В.Б. Товстенко, Л.М. |
| author_facet |
Іванов, Б.О. Осіс, В.Б. Товстенко, Л.М. |
| topic |
Методи і засоби гідрометеорологічних досліджень |
| topic_facet |
Методи і засоби гідрометеорологічних досліджень |
| publishDate |
2011 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту |
| publisher |
Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут МНС та НАН України |
| format |
Article |
| description |
Наведено опис розробленої апаратури для вимірювання параметрів хмар (водність та середній діаметр крапель) та оцінено похибки їх вимірювань.
Приведено описание разработанной аппаратуры для измерения параметров облаков (водность и средний диаметр капель) и дана оценка погрешностей их измерений.
|
| issn |
XXXX-0054 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/51552 |
| citation_txt |
Літакова апаратура для вимірювання параметрів хмар / Б.О. Іванов, В.Б. Осіс, Л.М. Товстенко // Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту: Зб. наук. пр. — 2007. — Вип. 256. — С. 400-407. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT ívanovbo lítakovaaparaturadlâvimírûvannâparametrívhmar AT osísvb lítakovaaparaturadlâvimírûvannâparametrívhmar AT tovstenkolm lítakovaaparaturadlâvimírûvannâparametrívhmar |
| first_indexed |
2025-11-25T08:53:33Z |
| last_indexed |
2025-11-25T08:53:33Z |
| _version_ |
1850508491146395648 |
| fulltext |
УДК 551.508:543.275.1
Б.О. Іванов, В.Б. Осіс, Л.М. Товстенко
ЛІТАКОВА АПАРАТУРА ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ
ПАРАМЕТРІВ ХМАР
Наведено опис розробленої апаратури для вимірювання параметрів
хмар (водність та середній діаметр крапель) та оцінено похибки їх
вимірювань.
За вимогами ІСАО при проведенні сертифікації
протиобліднювальних систем нових типів літаків необхідно визначати
водність та середній діаметр хмарових крапель.
У зв’язку з цим, за замовленням ОКБ “АНТОНОВ”, розроблено та
виготовлено апаратуру СИВО (російськомовна абревіатура “Самолетный
измеритель водности облаков“) для визначення середнього діаметра
крапель та водності хмар з борта літака під час проведення сертифікації
його протиобліднювальної системи.
Принцип роботи апаратури
Апаратура складається із трьох
основних блоків: датчика первинних
сигналів (ДПС), блока обробки
фотоелектричних імпульсів (БОФІ) та
блока живлення (БЖ). Блок ДПС є
виносним пристроєм, що монтується
зовні фюзеляжу літака в незбуреній зоні
попереду гвинтів чи повітрозабірників
реактивних двигунів. Блоки БОФІ та БЖ
розташовуються всередині фюзеляжу і
з’єднуються з ДПС світловодами та
кабелями. Рис. 1. Будова виносного
блока ДПС апаратури СИВО:
1 – пробовідбірна трубка, 2 –
стійка, 3 – поперечний
переріз стійки, 4 – фланець
кріплення, 5 – світловоди, 6 –
тубус ОКГ. Стрілкою
показано напрям польоту
Конструктивно блок ДПС (рис. 1)
виконано у вигляді порожнистої стійки
овального перерізу довжиною 200 мм. На
одному кінці стійки перпендикулярно до
неї закріплено пробовідбірну трубку
400 Наук. праці УкрНДГМІ, 2007, Вип. 256
обтічної форми довжиною 492 мм із вхідним отвором діаметром 10 мм, на
другому – фланець кріплення з вісьмома отворами під гвинти М6,
герметичними вводами для двох світловодів і багатожильного кабелю, а
також нарізкою для під’єднання тубуса джерела світла – оптичного
квантового генератора ЛГН-208А. В носовій частині пробовідбірної
трубки вмонтовано термодатчик та два електронагрівники. Один із них за
допомогою системи термостабілізації постійно підтримує оптимальну
температуру потоку, щоб запобігти випаровуванню хмарових крапель;
другий вмикається аварійно за сигналом бортового покажчика
обмерзання ВУО-1. В порожнині стійки розміщено всі вузли і деталі
оптичної системи.
Рис. 2. Оптична схема апаратури
4
ап яє
ми
іл ьн
бісекція променя
необх ня
си так
Схема оптичної системи
показана на рис. 2. Промінь від
ОКГ 1 за допомогою діафрагм 2, 3,
6, дзеркала та напівциліндричної
лінзи 5 набуває потрібної форми і
напряму, потр л до
пробовідбірної трубки 7 під кутом
45° до її осі і поглинається
світловою пасткою 8. Розсіюване
окремими краплина під кутом
45° світло збирається об’єктивом 9
і спрямовується на д ил у
призму 10, де поділяється на два
рівних пучки, які крізь діафрагми
11 та 12 потрапляють до
світловодів 13 та 14, а далі – на
фотокатоди фотоелектричних
помножувачів ФЕП 15 та 16,
розташованих у блоці БОФІ.
Така
СИВО: 1–ОКГ, 2, 3, 6, 11,12–діафрагми,
4 – дзеркало, 5 – напівциліндрична
лінза, 7 – канал пробовідбірної трубки, 8
– світлова пастка, 9 – об’єктив, 10 –
ділильна призма, 13, 14 – світловоди, 15,
16 – фотопомножувачі
ідна для уникнен похибок
визначення спектра розмірів крапель
за рахунок випадків, коли крапля не
повністю потрапляє в поле зору, а
проходить по його межі.
Фотоімпуль від их крапель не
401
пропорційні їхньому міделевому перерізу, тому можуть бути помилково
приписані краплям меншого розміру.
Щоб запобігти цьому, в приладі застосовано систему двох діафрагм
різно
не забезпечення дозволяє автоматично здійснювати
вірту ве
а логічного
прист
лення містить перетворювачі напруги бортової мережі (27
В пос
д П
до 3 А змінного струму,
розра
1. Діа 3.
хмар – 8,0-64,0 мкм.
кспериментальні дослідження
х досліджень апаратури СИВО та
його
го діаметра та схему збігів під час реєстрації фотоімпульсів.
Основний канал (11–13–15) призначений для визначення розміру крапель,
а допоміжний (12–14–16) – для визначення концентрації їх. Він має
менше поле зору, обмежене діафрагмою 12; поля зору обох каналів строго
концентричні.
Програм
альне збільшення поля зору допоміжного каналу на личину ∆D,
коли крапля діаметром D лише частково потрапляє в це поле.
Блок БОФІ з допомогою вбудованих компараторів т
рою здійснює селекцію імпульсів, розподіляє їх по 10 каналах і
приводить до вигляду, придатного для реєстрації апаратурою ГАММА-11
або РЕГАТА.
Блок жив
тійного струму і 115 В змінного струму частотою 400 Гц) в набір
напруг для живлення різних вузлів апаратури, в тому числі два
високовольтних регульованих параметричних стабілізатори на
напівпровідникових стабілітронах ля живлення ФЕ і три стабілізатори
напруги компенсаційного типу з транзисторним виходом для живлення
електронних схем. До складу БЖ входить також система терморегуляції
потоку в пробовідбірній трубці. На передній панелі БЖ розміщені органи
управління апаратурою та індикатори її роботи.
Апаратура споживає до 4 А постійного і
хована на 3 год. безперервної роботи в умовах температури за
бортом літака до -40 °С, швидкості польоту від 150 до 500 км/год.,
перевантажень до 5 g, атмосферного тиску від 760 до 170 мм. рт. ст.
Технічні характеристики апаратури СИВО:
пазон вимірювань водності хмар – 0,1-2,5 г/м
2. Діапазон вимірювань середнього діаметра крапель
Е
Обладнання для експериментальни
компоновка наведено на рис. 3. Воно необхідне для створення
потоку водяного аерозолю.
402
Тестовий аерозоль, що
створює генератор 2, за допомогою
насоса 4 нагнітається в У-подібний
патрубок 1 перерізом приблизно 100
см2. Патрубок 1 спрямовує потік
аерозолю вертикально вниз.
Об’ємна ш кість поток розолю
контролюється за допомогою
ротаметра 3. Датчик 5 апаратури
СИВО розташовується вертикально
в потоці аерозолю на відстані не
більше 5 см від патрубка 1. Проба
аерозолю в моктуєтьс безперервно
насосом 8. Об’ємна швидкість
проби контролюється за допомогою
ротаметра 7 Проби крапель для
мікрофотографування беруться в
проміжку між патрубком 1 та
датчиком 5. У електронному блоці 6
апаратури СИВО виконується обробка отриманої інформації про водність
та середній діаметр крапель тестового аерозолю.
Рис. 3. Обладнання для досліджень
апаратури СИВО: 1 – V-подібний
патрубок; 2 – генератор; 3 – ротаметр;
4 – насос; 5 – датчик; 6 – електронний
блок; 7 – ротаметр, 8 – насос
вид у ае
с я
.
Відбір проб, їх обробка, розрахунок водності W та середнього
діаметру крапель d тестового аерозолю, а також похибок методу
мікрофотографування виконувались згідно Стандарту підприємства СТП
52.4.7.01-99 (Методика визначення мікроструктури водяного аерозолю).
Дослідження було виконано методом порівняння результатів,
отриманих за допомогою апаратури СИВО та методу
мікрофотографування. Було проведено дві серії вимірювань для двох
різних значень водності тестового аерозолю та проаналізовані випадкова і
систематична складові похибки вимірювань.
Результати досліджень наведені в табл. 1-4.
Розраховуємо для n = 10 вимірюванням:
- середнє квадратичне відхилення S2 = 0,001981 : 9 = 0,00022;
- дисперсію S = 0,015;
- дисперсію абсолютної різниці S∆ = S : n = 0,015 : 3 = 0,005;
- коефіцієнт Стьюдента t = (∆ · n ) : S = (0,028 · 10 ) : 0,015 = 5,90.
403
Таблиця 1
Результати визначення водності аерозолю (г/м3)
Перша серія
Апаратура
СИВО Wa
Мікрофото-
графування
Wb
∆=|Wa- Wb| |∆-∆ | (∆-∆ )2
0,562 0,558 0,004 0,024 0,000576
0,452 0,469 0,017 0,011 0,000121
0,367 0,413 0,046 0,018 0,000323
0,541 0,563 0,022 0,006 0,000036
0,663 0,627 0,036 0,008 0,000064
0,525 0,491 0,034 0,006 0,000036
0,528 0,483 0,045 0,017 0,000289
0,566 0,582 0,016 0,012 0,000144
0,611 0,593 0,018 0,010 0,000100
0,472 0,427 0,045 0,017 0,000289
aW = 0,529 bW = 0,521 ∆= 0,028 ∑(∆-∆ )2 =0,001981
Таким чином, t > tтабл. (tтабл. = 2,26 для n – 1 = 9), тому розходження є
значущим. Тому середнє значення водності, отримане за допомогою
апаратури СИВО, має бути зменшено на ∆ = 0,028 г/м3, тобто складати
aW =0,501 г/м3.
Межі довірчого інтервалу результату вимірювання водності
апаратурою СИВО при цьому δ = ±(∆+ t · S∆) = ± 0,039. Відносна похибка
результату 7,8%.
З табл. 2 розраховуємо для n = 12 вимірюванням: S2 = 0,001569 : 11 =
0,000143; S = 0,012; S∆ = S : n = 0,012 : 3,16 = 0,005; t = (∆ · n ) : S =
(0,013 12 ) : 0,012 = 3,75.
Таким чином, t > tтабл. (tтабл. = 2,20 для n – 1 = 11), тому розходження є
значущим. Середнє значення водності, отримане за допомогою апаратури
СИВО, має бути зменшено на ∆ = 0,013 г/м3, тобто складати aW =0,232
г/м3. Границі довірчого інтервалу результату вимірювання водності
апаратурою СИВО при цьому δ = ± ( ∆ + t · S∆ ) = ± 0,020. Відносна
похибка результату 8,6%.
Внаслідок проведених досліджень встановлено:
- випадкова складова похибки вимірювання водності методом
мікрофотографування складає 4,8%;
- систематична складова похибки вимірювання водності апаратурою
СИВО складає 8,6%;
404
- сумарна відносна похибка вимірювання водності апаратурою
СИВО складає 13,4%.
Таблиця 2
Результати визначення водності аерозолю (г/м3)
Друга серія
Апаратура
СИВО Wa
Мікрофото-
графування
Wb
∆=|Wa- Wb| |∆-∆ | (∆-∆ )2
0,168 0,190 0,022 0,009 0,000081
0,268 0,273 0,005 0,008 0,000064
0,326 0,335 0,005 0,008 0,000064
0,214 0,220 0,006 0,007 0,000049
0,224 0,229 0,005 0,008 0,000064
0,221 0,258 0,037 0,024 0,000576
0,247 0,253 0,006 0,007 0,000049
0,298 0,307 0,009 0,004 0,000016
0,252 0,217 0,035 0,022 0,000484
0,256 0,240 0,016 0,003 0,000009
0,203 0,208 0,005 0,008 0,000064
0,265 0,259 0,006 0,007 0,000049
aW = 0,245 bW = 0,249 ∆= 0,013 ∑(∆-∆ )2 =0,001569
Згідно з даними табл. 3 розраховуємо для n = 10 вимірюванням: S2 =
2,34 : 9 = 0,260 ; S = 0,51; S∆ = S : n = 0,51 : 3,16 = 0,2; t = (∆ · n ) : S =
(1,2 · 10 ) : 0,51 = 7,44; tтабл. = 2,26; ad = 19,5 – 1,2 = 18,3 мкм.
Довірчий інтервал δ = ± ( ∆ + t · S∆ ) = ± 1,6 мкм. Відносна похибка
результату 8,7%.
Розраховуємо для n = 12 вимірюванням: S2 = 1,09 : 11 = 0,099; S =
0,315; S∆ = S : n = 0,315 : 3,46 = 0,09; t = (∆ · n ) : S = (0,8 · 12 ) : 0,315 =
8,79; tтабл. = 2,20; ad = 19,5 – 0,8 = 18,7 мкм.
Можливість вимірювання водності з відносною похибкою 13,4% та
довірчий інтервал δ = ± ( ∆ + t · S∆ ) = ±1,0 мкм. Відносна похибка
результату 5,3%.
Внаслідок проведених досліджень встановлено:
- випадкова складова похибки вимірювання середнього діаметра
крапель методом мікрофотографування складає 1,6%;
405
- систематична складова похибки вимірювання середнього діаметра
крапель апаратурою СИВО складає 8,7%;
- сумарна відносна похибка вимірювання середнього діаметра
крапель апаратурою СИВО складає 10,3%.
Таблиця 3
Результати визначення середнього діаметра крапель (мкм)
Перша серія
Апаратура
СИВО da
Мікрофото-
графування db
∆=|da- db| |∆-∆ | (∆-∆ )2
18,0 19,4 1,4 0,2 0,04
22,1 20,5 1,6 0,4 0,16
19,2 19,5 0,3 0,9 0,81
17,0 18,3 1,3 0,1 0,01
17,6 18,7 1,1 0,1 0,01
17,4 18,3 0,9 0,3 0,09
20,8 19,4 1,6 0,4 0,16
21,0 19,5 1,5 0,3 0,09
22,0 20,4 1,6 0,4 0,16
19,7 19,4 0,3 0,9 0,81
ad = 19,5 bd = 19,3 ∆= 1,2 ∑(∆-∆ )2 = 2,34
Таблиця 4
Результати визначення середнього діаметра крапель (мкм)
Друга серія
Апаратура
СИВО da
Мікрофото-
графування db
∆=|da- db| |∆-∆ | (∆-∆ )2
17,5 18,4 0,9 0,1 0,01
21,2 20,5 0,7 0,1 0,01
18,4 19,1 0,7 0,1 0,01
17,2 18,4 1,2 0,4 0,16
19,8 19,4 0,4 0,4 0,16
21,1 19,8 1,3 0,5 0,25
22,0 21,3 0,7 0,1 0,01
19,4 19,7 0,3 0,5 0,25
18,5 19,6 1,1 0,3 0,09
16,8 17,3 0,5 0,3 0,09
20,7 19,8 0,9 0,1 0,01
21,8 20,7 1,1 0,2 0,04
ad = 19,5 bd = 19,5 ∆= 0,8 ∑(∆- )2 = 1,09 ∆
406
Апаратура СИВО пройшла метрологічну атестацію в Українському
державному науково-виробничому центрі стандартизації, метрології та
сертифікації (свідоцтво № 36-2/176 від 30.06.1998 р.) та використовується
при випробуваннях літаків Ан-38, Ан-140 та Ан-70.
Висновки
Розроблено та виготовлено апаратуру СИВО для визначення
середнього діаметра крапель та водності хмар при проведенні
сертифікації протиобліднювальних систем нових типів літаків. Проведені
експериментальні дослідження та дана оцінка метрологічних
характеристик апаратури.
Показана можливість вимірювання водності з відносною похибкою
13,4% та середнього діаметра крапель з відносною похибкою 10,3%.
* *
Приведено описание разработанной аппаратуры для измерения
параметров облаков (водность и средний диаметр капель) и дана оценка
погрешностей их измерений.
Український науково-дослідний
гідрометеорологічний інститут, Київ
407
|