CN102323440A - 直升机二轴式空速检测系统 - Google Patents

Abstract

直升机二轴式空速检测系统属于航空传感器技术领域，其特征在于，含有：飞碟形外壳，前侧、后侧、左侧和右侧4组相互连接的气压管和气压计，以及微处理器，其中：直升机二轴式空速检测系统沿机身纵轴安装在直升机下方，飞碟形外壳周围的空速差会引起气压变化，微处理器通过对比前侧、后侧、左侧和右侧4个气压计的测量值，可以测量空速传感器周围的气压变化情况，进而可以计算出空速的大小和方向，并能同时测量前飞速度、侧滑速度和侧滑角。本发明通过事先实际测得的实验数据得到空速相对于气压差的数据表，可计入并避免直升机复杂流场的影响，以提高直升机空速测量的精度。

Description

直升机二轴式空速检测系统

技术领域

本发明是用于测量直升机空速的空速传感器系统，能够准确、可靠地测量直升机空速的大小和方向。主要应用在航空航天、直升机和无人机等技术领域。

背景技术

准确地测量前飞或后飞的空速对于直升机的安全飞行相当重要。然而由于目前直升机通常采用空速管测量空速，其只能测量前飞速度，而不能测量后飞速度，在实际飞行中造成不便及隐患。此外，传统的空速需要空速管和侧滑传感器分别测量。此外，直升机流场复杂，飞行速度低，使得空速的测量十分困难。

本发明利用4个正交排列的气压计，通过检测直升机飞行过程中沿机身纵轴和横轴方向形成的气压差，可以测量空速的大小和方向，并能同时测量前飞速度、侧滑速度和侧滑角。本发明安装在机身下方，可避免旋翼下洗流的直接冲击。此外，由于本发明采用实际测试数据校正空速传感器算函数，可以提前计入并避免复杂流场的影响。本发明的优点在于：可以同时测量空速的大小和方向，重量轻，体积小，测量精确，结构简单，可靠性高；此外，由于该空速传感器体积小，可以很方便地安装在直升机尤其是无人直升机)的下方，不会对飞行造成影响

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量直升机空速大小和方向的空速传感器。

本发明的特征在于，含有：一个飞碟形外壳以及集成于所述飞碟形外壳内的微处理器，以及前侧、后侧、左侧和右侧四组测量单元，每组测量单元由一个其进气口伸出并固定于所述飞碟形外壳边缘的气压管，以及一个套接于所述气压管出气口的气压计组成，其中：

飞碟形外壳，安装在直升机下方，其纵轴与直升机的机身纵轴平行，其横轴与直升机的机身横轴平行；

四个测量单元，沿所述飞碟形外壳内的纵轴和横轴分布，其中，所述前侧测量单元和后侧测量单元沿所述飞碟形外壳的纵轴前后对称排列，并分别与所述直升机前飞方向和后飞方向对应；所述左侧测量单元和右侧测量单元沿所述飞碟形外壳的横轴左右对称排列，并分别与所述直升机左飞方向和右飞方向对应；

微处理器，是一个数据处理器，位于所述四组测量单元的中心，该微处理器的四个AD转换端口分别连接四个所述气压计的输出端口，从而分别从各个所述气压计测量得到前侧、后侧、左侧和右侧四个方向上的气压值p_前、p_后、p_左和p_右，并根据下式分别计算所述直升机的前向速度V_x和横向速度V_y，其中V_x沿机身纵轴，向前为正；V_y沿机身横轴，向右为正：

V_x＝f_x(p_前-p_后)，

V_y＝f_y(p_左-p_右)，

其中，f_x是所述直升机沿纵轴的空速函数表，f_y是所述直升机沿横轴的空速函数表，f_x和f_y由事先的实验测量得到；

所述直升机的空速矢量V由下式计算得到：

V＝|V|∠β，其中|V|为空速大小，β为侧滑角，且有：

$\left\{\begin{array}{c}\left|V\right|=\sqrt{V_x^2+V_y^2}\\ \mathrm{\β}={\tan }^{-1}(V_y/V_x)\end{array}\right..$

本发明的优点在于：可以同时测量空速的大小和方向，结构简单，测量精确，可靠性高，重量轻，价格低廉，适合直升机，尤其是无人直升机安装使用。

附图说明

图1是直升机二轴式空速检测系统在直升机上的安装示意图。

图2是直升机二轴式空速检测系统的结构示意图。

图3是直升机二轴式空速检测系统的原理图。

图中，1.直升机，2.飞碟形外壳，3.前侧气压管，4.前侧气压计，5.后侧气压管，6.后侧气压计，7.左侧气压管，8.左侧气压计，9.右侧气压管，10.右侧气压计和 11.微处理器。

具体实施方式

直升机二轴式空速检测系统主要由飞碟形外壳2、前侧气压管3、前侧气压计4、后侧气压管5、后侧气压计6、左侧气压管7、左侧气压计8、右侧气压管9、右侧气压计10和微处理器11组成。

飞碟形外壳2以及集成于所述飞碟形外壳2内的微处理器11，以及前侧、后侧、左侧和右侧四组测量单元，每组测量单元由一个其进气口伸出并固定于所述飞碟形外壳2边缘的气压管，以及一个套接于所述气压管出气口的气压计组成，其中：

飞碟形外壳2安装在直升机1下方，其纵轴与直升机1的机身纵轴平行，其横轴与直升机1的机身横轴平行；

四个测量单元沿所述飞碟形外壳2内的纵轴和横轴分布，其中，所述前侧测量单元和后侧测量单元沿所述飞碟形外壳2的纵轴前后对称排列，并分别与所述直升机1前飞方向和后飞方向对应；所述左侧测量单元和右侧测量单元沿所述飞碟形外壳2的横轴左右对称排列，并分别与所述直升机1左飞方向和右飞方向对应；

微处理器11是一个数据处理器，位于所述四组测量单元的中心，该微处理器的四个AD转换端口分别连接四个所述气压计的输出端口，从而分别从各个所述气压计测量得到前侧、后侧、左侧和右侧四个方向上的气压值p_前、p_后、p_左和p_右。

当直升机1与空气相对运动时，飞碟形外壳2的周围将产生空速差。根据伯努利原理，空速变化会引起气压变化。在直升机二轴式空速检测系统的迎风一侧，由于气流在气压管前形成驻点而停止，气压升高；在背风一侧空速增加，气压降低。这个变化的气压分布导致4个气压管内的气压发生变化，并被4个相对应的气压计所检测：

其中，p_前和V_前为前侧气压管3中的气压和空速，p_后和V_后为后侧气压管5中的气压和空速，p_左和V_左为左侧气压管7中的气压和空速，p_右和V_右为右侧气压管9中的气压和空速，ρ为空气密度，C_h为海拔气压。

前侧气压计4、后侧气压计6、左侧气压计8和右侧气压计10的输出模拟量信号分别与前侧气压管3、后侧气压管5、左侧气压管7和右侧气压计10内的气压值相对应。4个气压计所检测到的模拟量信号同时发送给微处理器11的4个AD转换模拟量输入端。微处理器11采用PIC单片机，将模拟量信号转换为数字信号后得到4个气压计的气压值。可以同时检测得到飞碟形外壳2前、后、左、右四侧气压计的气压值。

理论上通过p_前、p_后、p_左、p_右和C_h可以计算出直升机1的空速。然而实际上由于直升机1机型以及飞碟形外壳2安装位置的不同会引起流场的差异，所以在应用本发明前需进行实验。根据实际情况，分别得到空速沿飞碟形外壳2纵轴和横轴方向气压差的函数表f_x和f_y，从而在实际应用中可以根据4个气压计的检测数据，实时查找并计算出直升机1的空速，以克服直升机1旋翼和机身引起复杂的流场将对气压检测产生的干扰，并提高空速的检测精度。

微处理器11根据下式分别计算所述直升机1的前向速度V_x和横向速度V_y，其中V_x沿机身纵轴，向前为正；V_y沿机身横轴，向右为正：

V_x＝f_x(p_前-p_后)，

V_y＝f_y(p_左-p_右)，

其中，f_x是所述直升机1沿纵轴的空速函数表，f_y是所述直升机1沿横轴的空速函数表，f_x和f_y由事先的实验测量得到；

所述直升机1的空速矢量V由下式计算得到：

V＝|V|∠β，其中|V|为空速大小，β为侧滑角，且有：

$\left\{\begin{array}{c}\left|V\right|=\sqrt{V_x^2+V_y^2}\\ \mathrm{\β}={\tan }^{-1}(V_y/V_x)\end{array}\right..$

Claims (1)

1.直升机二轴式空速检测系统，其特征在于，含有：一个飞碟形外壳以及集成于所述飞碟形外壳内的微处理器，以及前侧、后侧、左侧和右侧四组测量单元，每组测量单元由一个其进气口伸出并固定于所述飞碟形外壳边缘的气压管，以及一个套接于所述气压管出气口的气压计组成，其中：

飞碟形外壳，安装在直升机下方，其纵轴与直升机的机身纵轴平行，其横轴与直升机的机身横轴平行；

四个测量单元，沿所述飞碟形外壳内的纵轴和横轴分布，其中，所述前侧测量单元和后侧测量单元沿所述飞碟形外壳的纵轴前后对称排列，并分别与所述直升机前飞方向和后飞方向对应；所述左侧测量单元和右侧测量单元沿所述飞碟形外壳的横轴左右对称排列，并分别与所述直升机左飞方向和右飞方向对应；

微处理器，是一个数据处理器，位于所述四组测量单元的中心，该微处理器的四个AD转换端口分别连接四个所述气压计的输出端口，从而分别从各个所述气压计测量得到前侧、后侧、左侧和右侧四个方向上的气压值p_前、p_后、p_左和p_右，并根据下式分别计算所述直升机的前向速度V_x和横向速度V_y，其中V_x沿机身纵轴，向前为正；V_y沿机身横轴，向右为正：

V_x＝f_x(p_前-p_后)，

V_y＝f_y(p_左-p_右)，

其中，f_x是所述直升机沿纵轴的空速函数表，f_y是所述直升机沿横轴的空速函数表，f_x和f_y由事先的实验测量得到；

所述直升机的空速矢量V由下式计算得到：

V＝|V|∠β，其中|V|为空速大小，β为侧滑角，且有：

$\left\{\begin{array}{c}\left|V\right|=\sqrt{V_x^2+V_y^2}\\ \mathrm{\β}={\tan }^{-1}(V_y/V_x)\end{array}\right..$

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