CN101384889A - 确定围绕飞行器的气流的总温的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定围绕飞行器的气流的总温的方法，包括以下操作：测量静温参数，测量总温参数，确定气流速度值，确定根据所述气流速度，基于所测量的静温参数和所测量的总温参数计算的总温。

Description

确定围绕飞行器的气流的总温的方法

技术领域

本发明涉及尤其是当飞行器在地面时确定围绕飞行器的气流的总温的方法。根据本发明的方法，总温的确定考虑了静温的测量值以及总温的测量值。

本发明应用于航空领域，尤其是测量参数比如飞行器外部温度参数的领域。

背景技术

在飞行器上，知道与飞行器的飞行有关的特定信息尤其是飞行器外部温度是很重要的。利用设置在飞行器外部结构中的专用探测器或者多功能探测器来测量飞行器外部温度。飞行器外部温度通常由总温或者静温给出。总温是在存在对温度值产生影响的气流的情况下，围绕飞行器的气流的温度。静温是在气流对温度值没有任何影响的条件下，围绕飞行器的气流的温度。

传统上，总温是通过位于气流中的一个或者多个探测器来测量的，并根据所测量的总温值来计算空气的静温。用于测量总温的探测器一般要么是专用于测量温度的自主式探测器，要么是与其他传感器相联而构成多功能探测器的探测器。无论是自主式的还是多功能的，所述探测器安装在飞行器上，在飞行器外部，处于受到气流影响的环境中。

尤其是在飞行时，由于空气的酷冷温度，探测器一般会被加热，以避免探测器结霜。尤其是，在多功能探测器的情况下，一旦发动机启动，就自动开始了除霜。但是，对探测器的加热必然导致发出热量。所述热量在特定条件下会干扰探测器的测量。

更确切地说，当飞行器飞行时，在探测器周围流动的气流会使除霜热量散失。因此，除霜效果，也就是对探测器的加热，是可表征的，因此是可校正的。在这种情况下，探测器提供了精确的和一致的总温。相反，当飞行器在地面时，在飞行器周围很少或者没有气流流动。因此对探测器加热的热量不能排出。因此，探测器会将所述加热热量计入，对总温的测量就会有偏差。

为了解决此问题，可以仅在气流超过特定速度时才对总温探测器进行除霜。因此，只要飞行器在地面，就不对探测器进行除霜。但是，在这种情况下，在地面时对总温的测量将依赖于气象条件。事实上，在下雪或者酷寒的情况下，当飞行器在地面时探测器有结霜的风险，探测器测量的值就会有误差。另外，探测器还会受到与暴晒直接相关的温差的影响。然而，气候条件导致的温差不可表征，因而不可校正。

因此，无论所选择的除霜条件为何(仅当不在地面时对探测器除霜，或者永久地对探测器除霜)，当前的测量技术都不能保证对在地面时的总温进行可靠的测量。

发明内容

本发明正是为了弥补上述技术的缺陷。为此，本发明提出一种方法，允许校正总温的测量值，尤其是当飞行器在地面或者当飞行器的速度太小而不足以产生足以使探测器的加热热量散失的气流时。为此，本发明提出测量静温，根据空速，使用静温和总温的测量值，利用收敛规则来校正总温的测量值。

更准确地说，本发明涉及一种确定围绕飞行器的气流的总温的方法，其特征在于包括以下操作:

——测量静温参数，

——测量总温参数，

——确定气流速度值，

——确定根据所述气流速度，基于所测量的静温参数和所测量的总温参数计算的总温。

本发明可以包括以下特征中的一个或者多个:

——所计算的总温对应于所测量的总温或者所测量的静温，其在必要时按照收敛规则被进行了校正。

——收敛规则根据空速而有所不同。

——在低速下，计算的总温对应于测量的静温；

——在高速下，计算的总温对应于测量的总温；

——在中速下，计算的总温用在给定时刻测量的静温和测量的总温之间的偏差进行了校正。

——在飞行器的加速阶段，计算的总温为TAT_计算(t)＝TAT_测量(t)-ΔT_vo×(V1-CAS(t))/(V1-V0)，其中ΔT_VO＝TAT_测量(t_vo)-TAT_计算(t_vo)。

——在飞行器的减速阶段，计算的总温为TAT_计算(t)＝SAT_测量(t)-ΔT_v2×(t-t_V2)/T_收敛，其中ΔT_v2＝SAT_测量(t_v2)-TAT_计算(T_v2)。

本发明还涉及包括实施上述方法的系统的飞行器。

附图说明

图1图示了一些曲线示例，显示了总温的测量误差随空速的变化；

图2图示了根据空速和飞行器的飞行阶段而应用的收敛规则的概要图表。

具体实施方式

本发明涉及无论气象条件和飞行器速度如何，都能确定围绕飞行器的气流的总温的方法。该方法尤其允许计算当飞行器在地面时围绕飞行器的气流的总温。

该确定总温的方法包括测量总温和测量静温的操作。总温是利用专用于测量总温的探测器或者多功能探测器测得的参数。静温是利用专用的或者多功能的静温探测器测得的参数。根据随空速而不同的收敛规则用静温的测量值来校正总温的测量值。换句话说，根据本发明，总温是根据空速使用测得的总温和静温值被计算的。计算的总温参数是由飞行器上的计算机确定的，更确切地说，是由ADIRU(大气数据惯性基准组件)计算机确定的。空速是该计算机已知的参数。

本发明的方法考虑了总温在低速下接近静温的事实。因此，在低速下可以将总温视为等于静温。这样，在地面，当空气在低速状态下时，选择将用探测器测得的静温值近似为计算的总温值。

相反，在高速状态下，认为气流足以消除除霜效应。因此选择将总温探测器测得的总温值近似为所计算的总温值。

在中速状态下，也就是当速度太小而不能保证气流将热量消散，但足够高从而使气流仍对总温有影响时，本发明的方法提出根据至少一个收敛规则来计算总温值。本发明的方法因此提出实现用静温测量值进行的近似和直接考虑总温测量值之间的过渡。这种过渡包括应用至少一种收敛规则。

要应用的规则(也就是用静温测量值进行近似，直接考虑总温测量值，或者收敛规则)是根据空速相对于预定的固定速度(称为“过渡速度”)来选择的。

在本发明的一种优选实施方式中，根据多个收敛规则来计算总温。所应用的规则是空速和飞行器飞行阶段的函数。事实上，在地面，飞行器可能处于停止状态，或者处于起飞阶段或者降落阶段。在起飞阶段，飞行器加速。在降落阶段，飞行器减速。根据飞行器是加速还是减速，一个收敛规则和另一个收敛规则之间的过渡速度可以变化。

更确切地说，本发明的方法至少考虑两个即低速和高速下的过渡速度。低过渡速度对应于应用于低速的规则和应用于中速的规则之间的过渡点。高过渡速度对应于应用于中速的规则和应用于高速的规则之间的过渡点。

在低过渡值之下，静温足够精确，足以将计算的总温近似为测量的静温。在高过渡速度以上，气流足以消散除霜热量，因此计算的总温可以被近似为测量的总温值。经过低过渡速度时，静温测量值仍然足够精确，因此计算测量的静温和测量的总温之间的偏差就足以获得要实施的校正幅度。

低过渡速度和高过渡速度的值可以根据飞行器以及飞行器在被考虑时刻所处的飞行阶段而变化。尤其是，在起飞阶段，也就是当飞行器处于加速阶段时，所选择的低速为V0，高速为V1。在降落阶段，也就是当飞行器处于减速阶段时，过渡速度为速度V2。

在这些过渡速度V0、V2和V1(它们是气流相对于飞行器的速度)之间，建立了收敛规则，允许以平滑的过渡从用测得的静温值进行的近似过渡到用测量的总温值进行的近似。事实上，由于一致性的原因，不可能毫无过渡地从一种近似转换为另一种近似。在本发明中建立的收敛规则确保了这种过渡。

图1图示了一些曲线示例，展示了总温的误差(称为TAT误差)随空速的收敛。这些曲线表明，在低过渡速度V0或者V2以下，总温的误差很大，从而不可能采用所测量的TAT值作为总温值。这些曲线还表明，空速越接近高过渡速度V1，则TAT的误差愈收敛于0。从V1开始，则可以将测量的总温值近似为总温。在低过渡速度V0或者V2之间，本发明提出测量在给定的速度测量的静温和测量的总温之间的偏差，并根据曲线使该偏差收敛，使得在高过渡速度V1附近该偏差为零。所述收敛可以根据空速，或者根据时间来实现，以考虑安装静温探测器的区域中可能存在的惯性。

这样，可以按照如下方式，根据飞行器处于加速阶段或者减速阶段，根据时间t来估计总温度误差:

在加速阶段:

当空速低于低过渡速度V0时，则计算的总温对应于测量的静温值，因此有:

TAT_计算(t)＝SAT_测量(t)，

其中TAT_计算(t)是在时刻t计算的总温，SAT_测量(t)是在时刻t测量的静温。

在通过过渡速度V0时，可以按照如下方式根据静温确定测量的总温和计算的总温之间的偏差ΔTvo:

ΔT_VO＝TAT_测量(t_vo)-TAT_计算(t_vo)，

其中，TAT_测量(t_vo)是在通过速度V0的时刻测量的总温。

这样，在通过过渡速度V0时，可以确定测量的总温和计算的总温之间的偏差。该偏差对应于测量的总温和测量的静温之间的差。

对于低过渡速度V0和高过渡速度V1之间的速度，计算的总温是从空速和校正了偏差ΔTvo的测量的总温确定的。计算的总温因此为:

TAT_计算(t)＝TAT_测量(t)-ΔT_vo×(V1-CAS(t))/(V1-V0)，

其中CAS(t)是由飞行器计算机以节(noeuds)为单位给出的飞行器速度(计算空速，Computer Air Speed)。

当速度达到和超过高过渡速度V1时，则计算的总温对应于测量的总温。因此有:

TAT_计算(t)＝TAT_测量(t)

在减速阶段:

当速度高于高过渡速度V1时，则计算的总温对应于测量的总温值，因此有:

TAT_计算(t)＝TAT_测量(t)。

在通过低过渡速度V2时，可以按照如下方式确定计算的总温和测量的静温之间的偏差ΔT_v2:

ΔT_v2＝SAT_测量(t_v2)-TAT_计算(t_v2)，

其中，SAT_测量(t_vo)是在通过速度V2的时刻测量的静温。TAT_计算(t_v2)是在同一时刻计算的总温。

该偏差ΔT_v2因此对应于测量的静温和测量的总温之间的差。

在过渡速度V2以下，计算的总温是从校正了偏差ΔT_v2的测量的静温按如下方式确定的:

TAT_计算(t)＝SAT_测量(t)-ΔT_v2×(t-t_V2)/T_收敛，

其中，T_收敛是向静温收敛的收敛期间。如果有后续的加速，而向静温的收敛未终止，则计算的总温一直根据该公式确定。在收敛期间以外，计算的总温基于测量的静温，即:

TAT_计算(t)＝SAT_测量(t)。

图2示出了不同的收敛规则的概要图表。该图表呈现了根据飞行器飞行阶段(加速和减速)和空速可以应用的规则。

过渡速度V0、V1和V2是根据飞行器以及气候要素确定的固定值。例如，过渡速度V0可以是70节(noeuds)，过渡速度V1可以是100节。

过渡值的选择应当考虑飞行器加速阶段的具体要素，即飞行器处于加速阶段但是还没有达到决断速度(从决断速度起，就再也不能制动而必须起飞)的情况。在这种情况下，飞行器可能同时处于加速阶段和减速阶段的情形，尤其是如果飞行员由于还没有达到决断速度而选择制动的话。在这种情况下，重要的是过渡速度V2的选择要使得其能够改变以确定计算的总温。因此最好将过渡速度V2选择为低于过渡速度V0。

在本发明的优选实施方式中，当飞行器仍在地面时，高和低过渡速度对应于所获得的空速。当飞行器处于地面时，由于前述的对探测器除霜的原因，本发明的方法的应用尤其有利。但是应注意，当飞行器飞行时，该方法同样适用。

Claims (9)

1.一种确定围绕飞行器的气流的总温的方法，其特征在于包括以下操作:

——测量静温参数，

——测量总温参数，

——确定气流速度值，

——确定根据所述气流速度，基于所测量的静温参数和所测量的总温参数计算的总温。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所计算的总温对应于所测量的总温或者所测量的静温，其在必要时按照收敛规则被进行了校正。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述收敛规则根据空速而有所不同。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在低速下，计算的总温对应于测量的静温。

5.如权利要求2到4之一所述的方法，其特征在于，在高速下，计算的总温对应于测量的总温。

6.如权利要求2到5之一所述的方法，其特征在于，在中速下，用在给定时刻测量的静温和测量的总温之间的偏差对计算的总温进行校正。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述飞行器的加速阶段，计算的总温为TAT_计算(t)＝TAT_测量(t)-ΔT_vo×(V1-CAS(t))/(V1-V0)，其中ΔT_vo＝TAT_测量(t_vo)-TAT_计算(t_vo)。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在所述飞行器的减速阶段，计算的总温为TAT_计算(t)＝SAT_测量(t)-ΔT_v2×(t-t_V2)/T_收敛，其中ΔT_v2＝SAT_测量(t_v2)-TAT_计算(T_v2)。

9.一种飞行器，包括实施根据前述权利要求之一所述方法的系统。

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