马赫空速表.docx
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马赫空速表
项目考核说明书
名称:
马赫空速表
件号:
2083-11-1
日期:
2010-08-05
设计:
_____________审核:
_____________审定:
_____________
一、部品信息
名称:
马赫空速表
件号:
2083-11-1
适用机型:
多种机型
飞机上安装的位置:
机长和副驾仪表板共2块
二、部品的功能
2083-11-1马赫空速表接收大气数据计算机的空速、粗高度、精高度同步信号,经CPU计算,并放大,主要指示飞机A/S、MACH、VMO、BUG等参数。
马赫空速表显示部分如图1所示:
图1马赫空速表显示部分
(一)计算空速(CAS)是通过大气数据计算机,用全、静压推道出来的,它对静压源进行了修正,计算空速由计算空速指针指示和三个鼓轮数字计数器显示,当发生故障时,一个红色的故障警告旗将数字计数器遮住。
(二)指令空速时沿着固定刻度盘外围移动的橙色基准空速游标指示的,这部分是为自动油门系统服务的,它提供:
(1)显示自动油门所要保持的指令空速;
(2)人工调定的新的空速指令;(3)产生自动油门计算机保持指令空速所需的误差信号。
(三)M数是真空速与飞机所在高度的音速之比。
它的大小与气流的动压和静压有关,动压愈大,M数愈大,静压愈大,M数愈小。
在亚音速及超音速两种不同的情况下,M数与动压、静压具体关系是不同的。
M数小于1时,计算公式是:
式中pH为飞机所在高度的静压,pT为动压,K2为空气绝热指数,为1.4
在接近音速飞行时,飞机的某些部位会出现局部激波,使阻力急剧增加,飞机的稳定性和操纵性变坏,甚至产生激波失速。
这时的马赫数指示具有与低速飞行时的指示空速相类似的重要作用。
马赫数还是超音速飞行时衡量飞机各部位气动特性的主要参数。
对于民航飞机M数一般都小于1,所以2083-11-1的马赫数最大为0.99,当马赫数超过1.0时,马赫旗出现。
M数输入信号来自于大气数据计算机,读出是从表盘上两个鼓轮数字计数器显示。
当发生故障时,一个红色故障警告旗将计数器遮住。
(四)彩条状最大限制空速指针指示飞机最大使用空速。
有故障时,最大空速(VMO)故障警告旗出现。
此外,还提供指令空速游标不工作(INOP)和超速(OVSP)显示。
三、部品的原理
马赫空速表接收来自大气数据计算机的高度和空速同步信号,显示空速,M数,最大空速(VMO)和指令空速。
部品的原理框图如图2所示:
马赫空速表在功能上主要有空速,M数,最大空速(VMO)和指令空速四大部分。
(一)部品功能原理
(1)计算空速
计算机空速同步信号的输入来自大气空气数据计算机。
计算空速同位器接收到此输入信号后,产生计算空速误差信号,并将此信号输送到伺服放大器放大,驱动伺服马达,带动一个同步器转动,为伺服放大器提供速率回输。
电机的转动通过滑动离合器,带动计数器显示读数,并为同位器提供位置回输。
因为刻度线在300nmile以上是非线性的,所以用刻度修正凸轮在差动机构里对线性计算空速进行修正,然后输出驱动计算空速指针。
计算空速监视器控制故障警告旗,当显示的读数不可靠时,使旗出现,遮住计算空速读出计数器的读数。
监控器检测的项目有:
a.从大气数据计算机来的信号有效;
b.从大气数据计算机来的同步信号;
c.指示器直流电源。
图2部品原理框图
(2)指令空速
指令空速游标是通过一个伺服系统来驱动的。
指令空速的信号来自自动油门,直流电位计提供位置回输。
这个指令空速信号与指示的计算空速信号在同步器控制变压器(CT)里比较,产生选择的计算空速误差信号输出到自动油门系统。
此外本部品还提供手动调节功能。
在下述情况下指令空速不工作旗出现。
a.指示器失去电源;
b.外部输入的有效信号丧失。
(3)M数
M数的同步器输入信号来自于大气数据计算机,包括高度(粗高度和精高度)同步信号和空速同步信号,经模数转换变成数字信号,再经过一个多路选择器,送到微处理器进行数据计算处理,然后将处理后的信号送到驱动电路,驱动交流步进电机,带动马赫数轮显示。
电机带动一个解算器为伺服放大器提供速率反馈。
电动机还通过传动装置带动M数计数器显示,并为同步器提供位置回输。
在遇有下列情况之一时,由监控器控制的红色故障旗将M数计数器的读数遮住。
a.指示器失去电源;
b.失去从大气数据计算机来的M数有效信号;
c.失去从大气数据计算机同步发送器来的信号;
d.M数变化大且数轮未达到稳定值。
(4)最大使用空速(VMO)
从大气数据计算机来的高速信号,这些信号通过多路调制器和模数转换器加到中央处理器,其输出驱动最大使用空速指针。
同时还提供超速警告信号的输出。
(二)部品结构原理
从结构上来说,主要由电子部分和机械两大部分。
(1)电气部分
马赫空速表电气部分在4块PCB板组件上,这4块PCB板连接到PCB底板组件上。
1.电源PCB组件
(a)图3为电源PCB板的电路图。
图3电源板电路图
(b)电源供应PCB包含除电源变压器外的下面所有电源供应。
电源变压器位于电气组件框架。
-±12VDC,校准:
为运放供电
-±12VDC,未校准:
为故障旗组件供电
-±5VDC,校准:
为各种芯片供电
-±13VDC,未校准:
为运放供电
(c)电源采用26V/400Hz供电,电源经过变压器,主要产生16V、9V、13V电压信号,所有这些信号共地。
16V主要用来产生电源供应校准的±12VDC和未校准的±12VDC,首先C1和C2提供了一个对输入交流的短暂的抑制,电阻R1,R2限制了输入电流的尖峰输入到整流桥DB1,电源经过整流桥已经变成一个12V左右的直流信号,再经过滤波电容C7,C8进行滤波整形。
在信号未通过三端稳压块之前输出未校准的12V直流电源,主要供旗电机使用。
电容C12和C13为校准的±12VDC的稳定状态调节器RV1,RV2的输出提供滤波。
最终输出经过校准的,稳定的±12VDC信号供运放使用。
(d)变压器产生的9V信号用来产生+5V直流信号,同样信号经过C3,C4进行滤波,然后经过二极管CR1,CR2进行半波整流,得到直流信号。
用C10滤波,然后经过三端稳压其CR3进行稳压,得到稳定的+5V直流信号,供各种芯片使用。
(e)未校准的±13VDC,通过一个中心桥式整流器,整流器从13V交流源提供一个未校准的直流输出。
电容C5和C6提供了一个对输入到校准的±13VDC电源整流器的交流的短暂的抑制。
(f)同时板上还有驱动电路。
IC1为CD4099BE,是一个8位数据选择器,A0,A1,A2为地址选择端,当某一路被选中时,从DATA端输出来自于被选中信号。
IC1接收来自于S/D转换板和CPU板的输入信号。
这些输入信号设置和控制IC1里的锁存电路。
(g)IC1的输出去驱动VMO和马赫旗、超速警告输出。
晶体管Q1,Q2,Q3和Q4是这些信号的输出驱动。
二极管VR1限制瞬时的在超速限制线上的高电压,并保护Q3,Q4免受瞬时高电压的损坏。
(h)超速限制线的输出的一部分通过IC3的到IC2的一进行缓冲。
IC3缓冲有效信号,步进电机复位和输入到IC2的备用IN2信号。
IC2的其他输入来自于驱动电路PCB。
IC2充当一个输入锁存装置来控制IC1的输入。
(i)IC1和IC2为有效信号和S/D转换和驱动PCB信号的输出信号提供失败检测电路。
IC1和IC2同时提供超速警告输出。
2.中央控制器单元(CPU)电路板组件。
(a)原理框图(图4)描述了CPU电路板组件的功能。
图4CPU电路原理框图
(b)CPU为美国德州仪器公司生产的TMS9980单片机。
专为低成本小系统而设计。
TMS9980是一个单片16位中央处理单元,支持16位指令,有8为数据线,14根地址线。
TMS9980的地址线是复用线,有三种状态。
当MEMEN为低电平时,A0~A13为外部ROM地址线;当MEMEN为高电平时,A0~A13为I/O接口线;当HOLD为低电平时为高阻状态。
同样8位数据线,当MEMEN为低电平时,D0~A7为外部RAM数据线;当MEMEN为高电平时,8条数据线为高阻状态。
此芯片采用±5V和12V电源供电,而电源板只提供+5V和12V电源,所以CPU板也包含一个-5V电源产生电路。
使用片上时钟,用一个8MHz受控晶体振荡器作为实现CPU功能的内部控制时钟。
采用40脚双列直插式封装
(c)振荡电路采用8V校准电源供电。
这个电压来自于校准的+12V供应,通过电压调节器RV2得到的。
(d)IC1中央处理器集成芯片,包含CPU工作必须的逻辑。
4个外部扩展的存储集成电路,它们的控制逻辑为CPU提供扩展的数据存储。
两个存储器是随机读写存储器(RAM),为两个1K*4并联成1K*8。
IC4,IC5为只读存储器(PROM),提供了4K字节的8位数据存储。
(e)CPU通过存储器选择和读写控制逻辑来控制存储器的选择和读写功能,包括IC8,IC11和IC12。
(f)一个输入锁存电路IC6和IC10来控制CPU的工作。
IC6接收VMO选择跳转和400Hz时钟信号和来自于S/D转换板上的正转和反转信号。
(g)IC10作为超速开关输入信号的缓冲,IC7用I/O选择线IN2,来选择输入或输出设备。
一个电源升高复位和CPU失败检测电路用IC10的5部分。
输入到单片机的中断信号输入端,对单片机进行复位。
3S/D转换电路板组件
(a)原理框图(图5)表明了S/D转换PCB的功能。
电路图如图6所示。