Датчики информации летательных аппаратов

 

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана 

Ю.С. Васечкин, Ю.Г. Оболенский 
 
 
 
 
ДАТЧИКИ ИНФОРМАЦИИ  
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 
 
 
Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана 
в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

М о с к в а  

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 

2 0 0 8  

 

УДК 629.7.014.16+53.087.9 (075.8) 
ББК 39.52:32.96-04 
В19 
Рецензенты: В.Н. Герди, М.М. Якубович 

 
Васечкин Ю.С., Оболенский Ю.Г.  
  
 
       Датчики информации летательных аппаратов: Учеб. пособие. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. — 56 с.: ил. 
ISBN 978-5-7038-3143-4 
Рассмотрены особенности конструкции и применения на современных летательных аппаратах датчиков угла атаки и скольжения, 
датчиков линейных ускорений и угловой скорости. Представлены 
датчики для измерения полного, динамического и статического давления. Исследованы схемы размещения приемников воздушного давления на российских, европейских и американских самолетах. 
Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 652300 
«Системы управления движением и навигация» специальности 
210500 «Системы управления летательными аппаратами». 
 
УДК 629.7.014.16+53.087.9 (075.8) 
ББК 39.52:32.96-04 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7038-3143-4 
   
 
     © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008 

В19 

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ 

ВИФ — вертикальный изгиб фюзеляжа 
ВСПУ — вычислитель высотно-скоростных параметров и углов 
ДАД — датчик абсолютного давления 
ДДАД — дифференциальный датчик атмосферного давления 
ДУА — датчик угла атаки 
ДЛУ 
— датчик линейного ускорения 
ДУС 
— датчик угловой скорости 
ИБД 
— интегральный блок датчиков 
КЗА 
— контрольная записывающая аппаратура 
ЛА 
— летательный аппарат 
ОВТ 
— отклоняемый вектор тяги 
ОПР 
— ограничитель предельных режимов 
ПВД 
— приемник воздушного давления 
ПГО 
— переднее горизонтальное оперение 
ППД — приемник полного давления 
СВС 
— система воздушных сигналов 
СКТ 
— синусно-косинусный трансформатор 
СДУ 
— система дистанционного управления 
ФУК — фильтр упругих колебаний 
 

Наука начинается с тех пор, 
как начинают измерять. Точная 
наука немыслима без меры. 

Д.И. Менделеев 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Современные маневренные летательные аппараты (ЛА) имеют, 
как правило, аэродинамически неустойчивые компоновки, что  
позволяет получить существенный выигрыш в маневренных характеристиках и характеристиках управляемости. Однако для 
обеспечения устойчивости таких ЛА требуется применять принципиально новые системы управления. На смену механической 
проводке приходят системы дистанционного управления (СДУ) — 
резервированные высокоавтоматизированные системы с обратными связями по параметрам полета. 
Для качественного и надежного функционирования таких систем необходимо получать достоверную информацию о параметрах 
движения ЛА, о положении ручки управления и педалей. Основными параметрами полета, которые требуется знать для обеспечения работы СДУ, являются углы атаки и скольжения, угловые скорости вращения ЛА, линейные ускорения центра масс, воздушная 
скорость, сжимаемый скоростной напор (динамическое давление) 
и высота (статическое давление). 
В учебном пособии рассмотрены технические средства, предназначенные для измерения перечисленных параметров. Проведен 
сравнительный анализ использования датчиков на самолетах разных стран. В пособии использован опыт разработки систем дистанционного управления в ОАО «Российская самолетостроительная корпорация “МиГ”». 

1. ДАТЧИКИ УГЛА АТАКИ И СКОЛЬЖЕНИЯ 

Углы атаки и скольжения на самолете измеряются флюгерными или щелевыми датчиками. 
Флюгерные датчики для измерения аэродинамических углов 
имеют аэродинамическую поверхность (флюгер) с клиновидным 
симметричным профилем, находящуюся в набегающем потоке 
воздуха и изменяющую угол своего поворота на определенное 
значение по отношению к строительной оси самолета в зависимости от угла атаки или скольжения. Поворот флюгера механически 
передается на щетки потенциометров, положение которых определяет значение выходного сигнала. Для датчиков угла атаки специально выбирают флюгеры клиновидной формы, способствующей 
возникновению колебаний в потоке. Это уменьшает зону застоя на 
малых скоростях полета, обусловленную наличием трения на 
флюгере датчика (рис. 1). 
 

 
 

 
 
 

 
 
Рис. 1. Флюгерный датчик  
угла атаки 
Рис. 2. Щелевой датчик  
угла атаки 

Щелевые датчики угла атаки имеют вынесенный в поток воздуха конус с расположенными на нем щелями, по перепаду давлений 
на которых определяется местный угол атаки (рис. 2). Щелевые 
датчики обладают большим демпфированием по сравнению с флюгерными, но на малых скоростях полета имеют большие зоны  
застоя, т. е. достоверная информация об угле атаки снимается с них 
на больших скоростях. Отметим, что флюгерными датчиками угла 
атаки пользуются в России и в Европе (разработки фирмы Rosemount), а щелевые датчики угла атаки распространены в США. 
Рассмотрим конструкцию и принцип действия датчика аэродинамических углов ДАУ-72, который является базовым для России. 

1.1. Конструкция и принцип действия датчика ДАУ-72 

Конструкция датчика ДАУ-72 показана на рис. 3. На основании 
1 датчика установлена плата 2, на которой размещены: двигательгенератор 3 с редуктором, встроенным в плату; электромагнитная 
муфта 4; фрикционная муфта 5; микропереключатели 6; упоры 7 и 
трансформатор 8. Во втором варианте на плате устанавливается 
синусно-косинусный трансформатор (СКТ) 18. 
В основание и плату встроены два шарикоподшипника 9, в которых вращается ось 10 флюгера 11. Флюгер сбалансирован противовесом; для стока воды из лабиринта флюгера сделаны четыре 
отверстия. Электрический сигнал снимается с потенциометра 13 
через щеточный узел. 
В датчике предусмотрены два нагревательных элемента. Нагревательный элемент 14, размещенный внутри флюгера, предохраняет его от обледенения. Нагревательный элемент 19 подшипника помещен в паз основания, на котором крепится термореле 20. 
Датчик закрыт кожухом 15. Соединение датчика с бортовой электросетью осуществляется с помощью жгута 16 со штепсельным 
разъемом 17 типа 2РМД. 
Принцип действия датчика основан на преобразовании механических поворотов флюгера в электрические сигналы. Принципиальная электрическая схема датчика ДАУ-72 показана на рис. 4. 
Флюгер с симметричным клиновидным профилем под действием 
набегающего воздушного потока поворачивается по отношению к 
строительной оси самолета на определенный угол в зависимости 

от угла атаки (скольжения). Поворот флюгера передается на щетки 
потенциометров R5, R7, R9, R15, положение которых определяет 
значение выходного сигнала. 
Устройство дистанционного отклонения флюгера состоит из 
двигателя-генератора М, редуктора, фрикционной муфты, электромагнитной муфты ЭМ и микропереключателей B1, В2. При подаче от бортовой сети напряжения 27 В постоянного тока на ЭМ ее 
зубчатое колесо входит в зацепление с зубчатым колесом фрикционной муфты, которая закреплена на выходной оси редуктора. При 

Рис. 3, а. Конструкция датчика ДАУ-72 (начало) 

подаче от бортовой сети напряжения 36 В переменного тока частотой 400 Гц на обмотку возбуждения и напряжения до 6 В переменного тока частотой 400 Гц на обмотку управления двигателя М 
подвижная система датчика отклоняется до одного из упоров, при 
этом замыкается один из встроенных микропереключателей. После этого подвижная система датчика отклоняется на другой упор, 
при этом замыкаются контакты другого микропереключателя. 

 
 

Рис. 3, б. Конструкция датчика ДАУ-72 (окончание) 

Рис. 4. Принципиальная схема ДАУ-72 

Датчик имеет встроенный обогрев флюгера и корпуса. Обогрев 
флюгера осуществляется с помощью трубчатого электронагревателя типа ТЭН (Э1), обогрев корпуса — с помощью электронагревателя Э2 и термореле Р2, регулирующего температуру в корпусе 
датчика. 
Для предотвращения перегрева Э1 флюгера включение напряжения питания должно осуществляться: в полете — через контакты 10, 18, а на Земле — через контакты 6, 18 штепсельного разъема. При подаче питания на Земле через контакты 6, 18 ток 
проходит через диод Д1, в результате чего на Э1 выделяется пониженная мощность. Для контроля исправности обогрева флюгера 
служит устройство, состоящее из трансформатора Tpl, диодов Д2, 
Д3, Д4, Д5, емкости С, резисторов R10, R11, транзистора Т и реле 
P1. При подаче питания на обогреватель флюгера напряжением 
115 В с частотой 400 Гц и исправном Э1 транзистор Т заперт отрицательным потенциалом со вторичной обмотки трансформатора 
Тр1 и через контакты 1, 2 реле P1 выдается контрольный сигнал 
напряжением +27 В на контакт 1 штепсельного разъема. Ток нагрузки по цепи контроля не должен превышать 0,2 А. 
При неисправности в цепи обогрева флюгера запирающий потенциал на трансформаторе Тр1 отсутствует, транзистор открывается, срабатывает реле P1 и своими контактами размыкает цель 
контроля исправности обогрева. 

1.2. Математическая модель датчика угла атаки 

Динамика работы датчика угла атаки (ДУА) флюгерного типа 
описывается уравнением 

2
фл
фл
фл
фл
фл
фл
фл
с.м
2
sign
Т
М
α
+ ξ α
+ α
+
α
= α
, 

где 

фл
фл
фл
фл
фл
z
a

I
T
m
qS b
α
=
 — постоянная времени датчика, обратно 

пропорциональная собственной частоте колебаний флюгера; 

3
3
фл
фл
фл
фл
фл
фл

(
)
1
2
2

z
a
H

y

m
b
S

С
I

α

α
ρ
ξ
=
 — коэффициент относительного