priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-7-590-599pribor-390Research ArticleИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫINFORMATION-MEASURING AND CONTROL SYSTEMSОпределение упругих характеристик первичного преобразователя датчика давления в системе воздушных сигналовDetermination of elastic characteristics of the primary transducer of the pressure sensor in the air signal systemАнтонецИ. В.AntonetsI. V.

Иван Васильевич Антонец — д-р техн. наук, профессор; кафедра авиационной техники

Ульяновск

Ivan V. Antonets — Dr. Sci., Professor; Department of Aeronautical Engineering; Professor

Ulyanovsk

iv.antonec@yandex.ruБорисовР. А.BorisovR. A.

Руслан Андреевич Борисов — канд. техн. наук; ведущий инженер-программист

Москва

Ruslan A. Borisov — PhD; Leading Software Engineer

Moscow

ruslanbor82@yandex.ruНигматуллинаЛ. А.NigmatullinaL. A.

Лилия Ауфатовна Нигматуллина —кафедра авиатопливообеспечения; ст. преподаватель

Ульяновск

Liliya A. Nigmatullina — Department of Aviation Fuel Supply; Senior Lecturer

Ulyanovsk

lily-nig@yandex.ruБорисоваД. Р.BorisovaD. R.

Диана Руслановна Борисова — студентка; математико-механический факультет

Санкт-Петербург

Diana R. Borisova — Student; Faculty of Mathematics and Mechanics

St. Petersburg

dianabor241106@gmail.comУльяновский институт гражданской авиации им. Главного маршала авиации Б. П. БугаеваРоссияUlyanovsk Civil Aviation InstituteRussian FederationДС „БАРС“РоссияDS BARSRussian FederationСанкт Петербургский государственный университетРоссияSt. Petersburg State UniversityRussian Federation202509082025687590599Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20252025Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/390

Рассматриваются первичные преобразователи датчиков давления, входящих в систему воздушных сигналов и работа которых основана на оптическом методе преобразования информации. Ключевой особенностью этих первичных преобразователей, подчеркивающей значимость данного исследования, является инновационная упругая система, которая состоит из упругой мембраны и манометрической коробки и обладает заданной переменной жесткостью, что позволяет линеаризовать характеристику упругой системы в функции высоты полета воздушного судна. Взаимно встречное, действующее на различных временных интервалах, перемещение мембраны и манометрической коробки при измерении давления снижает влияние суммарного упругого гистерезиса. Представлена методика математического моделирования упругой характеристики системы, которая учитывает взаимное движение упругой мембраны и мембран, составляющих манометрическую коробку. Разработан обобщенный алгоритм расчета упругих характеристик системы. С помощью программного комплекса ANSYS определены прочностные характеристики упругих чувствительных элементов. Выполнен сравнительный анализ упругих свойств системы, полученных с помощью аналитического метода, конечно-элементного моделирования и эксперимента.

Primary transducers of pressure sensors included in the air signal system and whose operation is based on the optical method of data conversion, are considered. The key feature of these primary transducers, emphasizing the significance of this study, is the use of an innovative elastic system consisting of an elastic membrane and a manometric box and possessing a given variable stiffness, which allows linearizing the characteristic of the elastic system as a function of the aircraft flight altitude. Mutually counter, acting at different time intervals, movement of the membrane and the manometric box during pressure measurement reduces the effect of the total elastic hysteresis. A technique for mathematical modeling of the system elastic characteristics, which takes into account the mutual movement of the elastic membrane and the membranes that make up the manometric box, is presented. A generalized algorithm for calculating the elastic characteristics of the system is been developed. Using the ANSYS software package, the strength characteristics of the elastic sensitive elements are determined. A comparative analysis of the system elastic properties obtained using an analytical method, finite element modeling, and experiment, are performed.

система воздушных сигналовдатчики давленияпервичный преобразовательупругая системагистерезистеоретические основыаналитические моделипогрешностиисследованиеair signal systempressure sensorsprimary transducerelastic systemhysteresistheoretical foundationsanalytical modelserrorsresearchReferencesАнтонец И. В., Борисов Р. А. Методология разработки датчика статического и полного давлений на базе упругих чувствительных элементов и оптических линеек // Вестн. МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2021. № 1 (134). С. 33–50. DOI: 10.18698/0236-3933-2021-1-33-50.Antonets I.V., Borisov R.A. Bulletin Moscow State Technical University im. N. E. Bauman, 2021, no 1(134), pp. 33–50, DOI: 10.18698/0236-3933-2021-1-33-50. (in Russ.)Антонец И. В., Борисов Р. А. Датчик статического и полного давления на основе линейки фотоэлектронных приемников // Изв. вузов. Приборостроение. 2020. Т. 63, № 3. С. 222–227. DOI: 10.17586/0021-3454-2020-63-3-222-227.Antonets I.V., Borisov R.A. Journal of Instrument Engineering, 2020, no. 3(63), pp. 222 –227, DOI: 10.17586/0021-3454-2020-63-3-222-227. (in Russ.)Пат. 2762543 РФ, МПК G01L 7/00 (2006.01). Датчик статического и полного давлений / И. В. Антонец, Р. А. Борисов, Г. М. Горшков, Л. А. Нигматуллина. Заявл. 25.11.2020, опубл. 21.12.2021. Бюл. № 36.Patent RU 2762543, G01L 7/00(2006.01), Datchik staticheskogo i polnogo davleniy (Static and Total Pressure Sensor), I.V. Antonets, R.A. Borisov, G.M. Gorshkov, L.A. Nigmatullina, Priority 25.11.2020, Published 21.12.2021, Bulletin 36. (in Russ.)Антонец И. В., Борсоев В. А., Борисов Р. А., Степанов С. М. Разработка аэрометрических устройств, определяющих остаточную деформацию упругого чувствительного элемента // Научный вестн. МГТУ ГА. 2018. № 21. С. 11–21. DOI: 10.26467/2079-0619-2018-21-1-11-21.Antonets I.V., Borsoev V.A., Borisov R.A., Stepanov S.M. Scientific Bulletin of Moscow State Technical University of Civil Aviation, 2018, no. 21, pp. 11–21, DOI: 10.26467/2079-0619-2018-21-1-11-21. (in Russ.)Солдаткин В. М., Ганеев Ф. А., Солдаткин В. В. Авиационные приборы, измерительно-вычислительные системы и комплексы: Принципы построения, алгоритмы обработки информации, характеристики и погрешности / Под ред. В. М. Солдаткина. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2014. 526 с.Soldatkin V.M., Ganeev F.A., Soldatkin V.V. Aviatsionnyye pribory, izmeritel'no-vychislitel'nyye sistemy i kompleksy: Printsipy postroyeniya, algoritmy obrabotki informatsii, kharakteristiki i pogreshnosti (Aviation Instruments, Measuring and Computing Systems and Complexes: Design Principles, Information Processing Algorithms, Characteristics and Errors), Kazan, 2014, 526 p. (in Russ.)Андреева Л. Е. Упругие элементы приборов. М.: Машиностроение, 1980. 230 с.Andreeva L.E. Uprugiye elementy priborov (Elastic Elements of Devices), Moscow, 1980, 230 р. (in Russ.)Пономарев С. Д., Андреева Л. Е. Расчет упругих элементов машин и приборов. М.: Машиностроение, 1980. 236 с.Ponomarev S.D., Andreeva L.E. Raschet uprugikh elementov mashin i priborov (Calculation of Elastic Elements of Machines and Devices), Moscow, 1980, 236 p. (in Russ.)Антонец И. В., Терешенок А. П. Методы расчета и моделирования упругих элементов: Учеб. пособие. Ульяновск: УлГТУ, 2013. 121 с.Antonets I.V., Tereshenok A.P. Metody rascheta i modelirovaniya uprugikh elementov (Methods of Calculation and Modeling of Elastic Elements: a Tutorial), Ul'yanovsk, 2013, 121 p. (in Russ.)ANSYS Structural Analysis Guide: ANSYS Mechanical R18.2. [Электронный ресурс]: , 02.10.2024.ANSYS Structural Analysis Guide: ANSYS Mechanical R18.2, http://www.ansys.com.Сборник руководств программы ANSYS [Электронный ресурс]: , 02.10.2024.https://vestnik.bsau.ru/netcat_files/File/CIT/manuals/ANSYS.pdf. (in Russ.)Справочник по сопротивлению материалов / Г. С. Писаренко, А. П. Яковлев, В. В. Матвеев. Киев: Наукова думка, 1988. 736 с.Pisarenko G.S., Yakovlev A.P., Matveev V.V. Spravochnik po soprotivleniyu materialov (Handbook on the Strength of Materials), Kyiv, 1988, 736 p. (in Russ.).Пат. 2712777 РФ, МПК G01L 7/02 (2006.01), G01L 11/02 (2006.01). Датчик аэрометрических давлений / И. В. Антонец, Р. А. Борисов, А. А. Черторийский. Заявл. 13.05.2019, опубл. 31.01.2020. Бюл. № 4.Patent RU 2712777, G01L 7/02(2006.01), G01L 11/02(2006.01), Datchik aerometricheskikh davleniy (Air Pressure Sensor), I.V. Antonets, R.A. Borisov, A.A. Chertoriyskiy, Priority 13.05.2019, Published 31.01.2020, Bulletin 4. (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.