Как измеряются угол тангажа и скорость тангажа в самолете?

Угол наклона самолета относительно горизонта отображается на индикаторе ориентации , который также отображает угол крена. Они необходимы для полета по ППП, но не для полета по ПВП здесь, в США. Таким образом, они встречаются на большинстве, но не на всех самолетах. Обычно они основаны на гироскопе .

( источник )

Вот основной разрез интерьера, показывающий, где установлен гироскоп. Они часто управляются вакуумом (или положительным давлением) , но также могут быть оптическими или электрическими.

( источник )

Угол относительного крыла (угол атаки) отображается на индикаторе угла атаки. Хотя это и не требуется, они становятся все более популярными. Они контролируются датчиком снаружи самолета.

( источник )

Датчик, который измеряет это снаружи, выглядит так:

( источник )

Насколько я знаю, на стандартной панели нет информации о скорости тангажа.

Существует три основных конкурирующих электронных технологии, заменяющих вакуумные и электрические гироскопы.

Системы более высокого класса используют кольцевые лазерные гироскопы (RLG) и полагаются на изменения интерференционной картины для обнаружения движения по оси кольцевого лазера. Аналогичны, но немного дешевле волоконно-оптические гироскопы (ВОГ). Системы более низкого уровня (включая дроны для хобби за 20 долларов) используют устройства MEMS. Устройства MEMS могут быть чрезвычайно дешевы и могут быть эффективными ускорителями.

С точки зрения современного проектирования систем устройства MEMS, как правило, имеют меньшую полосу пропускания и более высокий уровень шума, но ожидается, что для авиации общего назначения и систем INS/GNSS для авиации общего назначения доля рынка MEMS будет продолжать расти. Они недороги, экологически устойчивы и обеспечивают достаточную производительность даже сегодня.

Традиционно гироскопы (а не электронные гироскопы и акселерометры) были основой для определения положения самолета и информации о скорости.

Ожидается, что многие системы сегодня и будущие системы будут использовать в основном акселерометры, и будет выводиться информация об отношении.

Приложение №1

Если у вас есть начальная точка отсчета, а не системный шум, то позиционную и ускоренную привязку можно установить только с помощью акселерометров. Это означает, что потребность в «гироскопе», где позиционная или поведенческая привязка не требуется и может быть получена только из данных акселерометра. (Скорее всего, ваш смартфон имеет только акселерометры и определяет отношение.)

Кроме того, более совершенные МЭМС-системы могут использовать 6 датчиков, чтобы обеспечить более точную детализацию при небольших ускорениях, компенсировать некоторый системный шум и обеспечить более высокие скорости нарастания.

Интегрированные MEMS IMU со встроенными приемниками GPS/GNSS уже доступны на уровне микросхем. В США они доступны в конфигурациях, отличных от ITAR, что облегчает экспорт интегрированных продуктов. Существуют также конфигурации ITAR, которые популярны в невоенных приложениях, таких как исследования, автономные транспортные средства и самолеты. Подразделения ITAR требуют одобрения Государственного департамента для экспорта, и их сложнее интегрировать с товарищами по команде за пределами США.

Цены будут продолжать падать, а возможности будут продолжать расти. Я считаю, что в ближайшие 20 лет паромерные приборы в самолетах практически устареют. Они будут заменены интегрированными системами и сменными инструментами для обратной совместимости. Стоимость производства инструментов MEMS быстро падает ниже стоимости производства вакуумных и электрических гироскопов.

ТАКЖЕ, для IMU на основе MEMS стандартным является то, что устройство будет предоставлять информацию об отношении и информацию о скорости изменения строго от акселерометров. Это утверждение может быть излишним, но я хотел прояснить, что в качестве примера легко доступны данные о тангаже, крене и рыскании (положение или ориентация) и скорость, а также информация о местоположении типа Широта/Долгота.

И еще только один штрих. Если у вас есть встроенный приемник GPS, фильтрация при обработке GPS может предоставить очень точную информацию о скорости (более точную и отзывчивую, чем интерполяция позиционных привязок). Это хорошая особенность обработки сигналов GPS и приемника.

На сегодняшний день преобладающей технологией является AHRS (произносится как A-hars) для системы определения направления. Типичное устройство Garmin обеспечивает:

• 3-осевые датчики угловой скорости: +/- 500 градусов в секунду
• 3-осевые акселерометры: +/- 8G
• 3-осевой магнитометр: +/- 2 Гс

Существующие ответы охватывают самолеты с полным оборудованием, поэтому я добавляю свои 2 цента за более простые.

В самолетах, оснащенных только базовыми приборами, пилот может использовать вид из кабины для оценки угла тангажа. Особенно в планерах, где передний подоконник находится на некотором расстоянии от глаз пилота, высота горизонта относительно подоконника дает очень хорошее представление о тангаже.

Для скорости тангажа используется вестибулярный аппарат пилота в сочетании со зрительными ориентирами. Это очень хорошо работает в полете по ПВП. Как указывает @Koyovis, очень небольшие угловые ускорения находятся ниже порога вестибулярной системы, поэтому без визуальных сигналов весьма вероятна пространственная дезориентация.