Proiect la Tehnologia fabricatiei aparatelor de bordStudent: Alexe Andrei Lucian Profesor indrumator: Prof.Dr.Ing.Pana Valentin

Grupa: 945 EIAProiectarea aparatelor de masura cu elemente sensibile

Tema proiectului: Sa se proiecteze elementele principale ale unui mecanism de variometru, avand in vedere datele standard si unele modificate, precum si o eroare maxima de 3% intre indicatiile apartului standard si indicatiile aparatului modificat. Se cunosc:

- viteza de urcare sau de coborare a avionului Vv max=300 m/s;

- gradul de neuniformitate a scarii variometrului n=3;

- diametrul carcasei aparatului =80mm;

- lungimea aparatului Lc=100mm;-vascozitate aer

-temperatura

-constanta gazelor

- lungimea capilarelor lc= mm

-diametrul capilarelor dc=

-numar de capilare M=1

-material membrana otel inox -coeficientul lui Poisson

-profil gofreuri 4

-unghi , alungirea

Date modificate:

-numar de capilare M1=2-lungimea capilarelor lc=

Schema de principiu:

Masurarea vitezei verticale

Viteza verticala este un parametru important pentru rezolvarea problemei de pilotoj, si el ne da informatii asupra pozitiei aeronavei in planul verical .Pentru masurarea vitezei verticale a aeronavelor se pot utiliza mai multe metode printre care amintim:

1.Metoda barometrica: se bazeaza pe legatura dintre presiunea statica p si altitudine:

2.Metode indirecte: metoda derivarii altitudinii de zbor, metoda integrarii componentei verticale a acceleratiei

Schema de principiu:

Caracteristica principala a unui variometru este tubul capilar 7 care face legatura intre priza de presiune statica 6 si vazul termostatat realizat de carcasa etansa a aparatului 9. Capsula manometrica este legata direct de presiunea statica prin conducta de presiune 8. Daca variometrul este ridicat cu viteza , inaltimea H creste, presiunea p scade, dar presiunea din incinta termostatata 9 din cauza caderii pe capilarul 7 ramane mai mare decat p, .Deci asupra membranei va actiona presiunea , care o va deforma. La coborare, , iar ca schimba semnul, astfel incat mecanismul se va deplasa in sens opus cazului de la urcare. In zbor orizontal ,deci . Rolul vasului termostatat este de a mentine temperatura constanta in interiorul aparatului pentru a nu se produce erori. Pentru a deduce caracteristica statica a variometrului se folosesc urmatoarele notatii: v-volumul carcasei; l si D-pentru lungimea si diametrul capilarului; coeficientul de vascozitate a aerului; p, si T sunt presiunea, greutatea specifica si respectiv temperatura aerului din carcasa de volum v, de greutate G=v.Viteza de variatie a greutatii aerului din volumul v este egala cu cantitatea de aer care traverseaza orificiul capilarului in unitatea de timp, adica unde e greutatea specifica aerului din capilar. In acest caz se poate scrie relatia :

Viteza V de curgere aerului prin capilar e data de legea lui Hagen - Poiseuille :

(3)

Considerand v=ct. din (2) si (3) se obtine :

(4)

de unde aplicand ecuatia lui Clapeyron scrisa pentru aerul din carcasa sub forma: se obtine :

(5)

Daca se noteaza cu constanta de timp a vanometrului si cu p=p1-p , ecuatia (5) devine :

(6)

iar functia de transfer a variometrului are forma :

adica un element diferentiator de gradul 1.

Cum intrarea p= p(H(t)) din aproximatia Laplace

Pentru Tmed.=ct diferentiem presiunea statica, obtinand:

(8)

Din (6) si (8) rezulta:

(9)

unde Sv este coeficientul de amplificare sau sensibilitatea variometrului.

Functia de transfer a variometrului, definita ca raportul dintre marimea de iesire, in cazul nostru variatia presiunii, si cea de intrare, viteza verticala, este :

(10)

adica un element aperiodic cu constanta de timp.

Caracteristica statica a aparatului se obtine din (10) daca se ia s =0 :

(11)

Tinand cont de ecuatia gazelor perfecte aplicata aerului din capilar : ecuatia (11) devine

(12)

Facand aproximatia pc =p si tinand cont ca la etalonarea aparatului in conditii de laborator se poate aproxima Tc = Tv = Tmed = To atunci caracteristica statica a variometrului (12) devine :

(13)

Aparatele de masura cu elemente sensibile elastice se compun din 3 elemente sensibile de baza: Elementul sensibil

Mecanismul multiplicator de transisie

Indicatorul

In functie de constructia lor exista mai multe tipuri de elemente sensibile cum ar fi: membrane, capsule gofrate, burdufe, tuburi manometrice, toate acestea putand aneroide si manometrice.Memebranele si capsulele gofrate

Membrana se numeste o placa rotunda subtire ce prezinta cute concentrice in forma de unde. Membrana este elementul principal sensibil al variometrelor,vitezometrelor si altimetrelor. Volumul redus , simplitatea constructiei si costul redus de confectionare conditioneaza utilizarea lor ca element sensibil al acesto aparate.

Gofrajul tras sub forma de unde concentrice pe suprafata placii da posibilitatea de a obtine membrane cu flexiune mare sau incovoiere fara deformatii remanente. Din punctul de vedere al formei gofreurilor se pot deosebi membrane cu ondulatii sinusoidale, circulare, trapezoidale si ascutite. Pentru a se obtine o sageata mai mare, se realizeaza asa-numitele capsule din doua membrane identice, prin lipire pe contur. In figura de mai jos se disting:

Pentru a marii deplasarea elementului sensibil se folosesc 2 memebrane lipite cate 2 dand nastere la o capsula.

Flexiunea maxima si caracteristica elasticitatii sunt parametrii principali care determina calitatea capsulelor gofrate. Caracteristica membranei este curba care exprima deplasarea centrului membranei in functie de presiunea care actioneaza asupra ei .

Pentru a obtine aparate cu scala uniforma se cauta confectionarea capsulelor din membrane cu o caracteristica cat mai aproape de forma liniara. Caracteristicile mersului inainte si inapoi ale membranei aparute la cresterea respectiv scaderea presiunii nu corespund intre ele. Diferente dintre flexiunile si care rezulta la aceeasi presiune se numeste histerezis. Pentru obtinerea unui histerezis minim este indicat sa se lucreze cu flexiune mare care insa sa nu depaseasca valoarea la care membrana capata deformatii remantente permanente.

In acest proiect a fost proiectat un variometru standard avand membrana cu gofraje sinusoidale si un alt variometru avand acelasi tip de membrana confectionate ambele din otel avand E=21000 Mpa. Se urmareste ca eroarea altimetrului cu gofraje sinusoidale sa nu difere cu mai mult de 3 %.

1 - Variatia presiunii in functie de viteza verticala

Se observa o dependenta liniara a lui fata de viteza verticala, astfel cand variatia presiunii creste vom avea o viteza verticala mai mare. Se observa atat din grafic cat si din tabelu prezentat anterior ca eroarea dintre standard si proiectat este sub 3%.

Se observa din grafic faptul ca sageata membranei credte odata cu cresterea lui , si anume cu cat avem o diferenta de presiuni mai mare membrana va avea o deplasare mai mare. Aceasta deplasare este marimea care va fi preluata de catre mecanismul biela manivela si va fi amplificata pentru a fi afisata. Este necesara o amplificare deoarece sageata este foarte mica si nu poate fi folosita direct la afisare. Pentru a se pastra eroarea de 3% au fost modificat diametrul capilar la valoare 0,33. Proiectarea mecanismului biela manivela si al sistemului de amplificare

Se utilizeaza in constructia de aparate pentru transformarea miscarii si amplificarea acesteia cu un raport de transmisie constant. Mecanismul trebuie sa realizeze o caracteristica liniara intre marimea semnalului de intrare Si si a semnalului de iesire Se. Considerandu-se o caracteristica liniara a traductorului T (o capsula manometrica), semnalul propagat are o caracteristica liniara, daca si mecanismul biela-manivela propaga semnalul cu o sensibilitate constanta.

Din geometria mecanismului rezulta:, unde , iar: . Notand , obtinem:

.Pentru valori mici ale unghiului f se pot face aproximarile:

( sin f ( f si (2 ( 1- cos f)2 ( 0 astfel incat rezulta: xt = r f .

Considerandu-se ca deplasarea x este semnalul de intrare Si la scara ki , avem

ki Si = R Set ks / r ,

ks fiind scara semnalului de iesire Set. Va rezulta :

Set = R ki Si / r ks = k0 Si ,

unde k0 = R ki / r ks , iar ki = kx P / Si , unde s-a considerat x = kx P.

Deoarece biela mecanismului este foarte sensibila la variatiile de temperatura, ea se executa din bimetale.

Deci:

si dat fiindca r