CN102860035A - 测量气压的装置和方法及检测飞行数据的系统 - Google Patents

Abstract

测量气压的装置，其包括线性保持装置（6）、拖曳设备（4）、用于获取静态压力的至少一个压力传感器（14）以及用于收缩和伸展线性保持装置的可被放置在飞行器中的致动设备（8）。拖曳设备（4）包括外壳、专用电压源（16）和连接到专用电压源的无线第一通信设备（18）。第一通信设备配备成将表示所获取的测量数据的信号和/或数据传输到第二通信设备。因此，线性保持装置可单纯用于保持拖曳设备的任务，而不需要执行传输信号和/或测量数据的任何辅助任务。

Description

测量气压的装置和方法及检测飞行数据的系统

技术领域

本发明涉及在飞行器上测量气压的装置。本发明还涉及获取飞行数据的系统、测量气压的方法及包括至少一种用于测量气压的设备的飞行器。

背景技术

飞行器的安全飞行和正常运行使得在飞行器上定期获取必要的飞行数据不可或缺，所述飞行数据例如还包括飞行器外部的静态环境压力。为了完成该任务，现有技术中存在例如布置在飞行器外部附近的大量的各种传感器。为了校准风力测定方法和为了在结构性维修等之后重新获得RVSM认证，拖曳探针被暂时使用，该拖曳探针在飞行器的后面以相对大的距离进行拖曳，以便获取可能受飞行器周围的空气动力流影响最小的飞行数据。RVSM表示“缩小垂直间隔(Reduced Vertical SeparationMinimum)，RVSM涉及减小垂直间隔，从而改善了的空中航线利用率。

在现有技术中，所述拖曳传感器是公知的，该拖曳传感器包括例如拖曳探针，所述拖曳探针可通过在飞行器后面的空气软管来引导，并且可借助于在飞行器内布置的传感器、利用空气软管来测量在探针区域中的环境压力。此外，可由飞行器后面的光纤线引导的直接测量拖曳传感器也是公知的，其中，提供给拖曳传感器的能量通过将光能量转换成电能量来供给，并且传感器可以通过光纤线来与飞行器或设置在飞行器中的运算单元进行通信，以传输测量值。

在较大的商用飞行器的情况下，所述拖曳传感器经常被布置在垂直稳定器上，从而是可扩充的，拖曳传感器需要直径显著超过一米的卷绕辊，进而也需要从通常未被加压的垂直稳定器到飞机机身的加压区域的导管布线。这需要替换垂直稳定器的端帽、进行特殊的地面测试以确定导管内的摩擦、以及在卸载导管后对垂直稳定器的端帽重新上漆。

DE 4013921C1示出了用于在飞行器的情形下测量气压的装置，该装置被设计为拖曳系统，其中，光纤线被设计为同时充当拖曳传感器的保持装置和用于供给所述拖曳传感器的能量传输装置。

发明内容

上面提到的现有技术中的拖曳传感器没有恰好完全满足与重量轻、在反复伸展和收缩的情形下可靠性良好、以及在未启动状态即收缩状态下所需空间小的全部需求。

本发明的目的在于以下述方式改善用于测量气压的上述类型的装置：在重量和/或安装空间需求量可被减少的同时，可改善可靠性。

该目的可通过包括权利要求1中的特有特征的用于测量气压的装置来实现。从属权利要求中公开了有益的改进。

根据示例性的实施例，根据本发明的装置包括具有外壳的拖曳设备，该拖曳设备经由线性保持装置连接到致动设备。致动设备被设计为布置在飞行器中，并且经由线性保持装置相对于飞行器来移动拖曳设备，以便以这种方式伸展或收缩拖曳设备。

为了确定静态气压，根据本发明的装置包括至少一个压力传感器。

此外，所述拖曳设备包括专用电压供给设备和第一通信设备，该第一通信设备被设计为将信号和/或数据传输到第二通信设备或从所述的第二通信设备接收信号和/或数据。专用电压供给设备被连接到第一通信设备，第一通信设备进而被设计为将由传感器获取的测量数据传输到第二通信设备。至少一个压力传感器被配备为将所确定的静态气压转送到第一通信设备。

在本布置中，第一通信设备被设计为无线通信设备，所述无线通信设备不需要以电传导或光传导的方式连接到第二通信设备来进行通信。为了该目的，第一通信设备包括，例如，调制器、震荡电路及发送和接收天线。应该理解，现有技术中的所有适当的通信设备均可被用于在第一通信设备和第二通信设备之间传输数据，包括例如改进可靠性和/或数据安全性的设备，其中这类设备不限于模拟传输机制，而且还特别精通于数字传输机制。

根据本发明的装置具有以下特定的优势：在拖曳设备中的器件和飞行器之间传输与静态气压有关的测量值的操作，独立于在拖曳设备和飞行器之间的机械连接而发生。因此以线性保持装置的方式的机械连接可以与保持拖曳设备的机械功能完全协调。现有技术中使用的线性保持装置，例如压力软管或光纤，由于主要的功能在于传输信号，因此只适于在有限的范围上满足所述机械保持功能。存在适合于改善保持功能的其他材料。例如，使用具有特别细的截面的包含例如尼龙或凯夫拉尔（Kevlar）的合成缆或线缆是有益的，所述缆的特征不只在于非常高的抗拉强度，同时还在于特别容易被装载。在细线缆或合成缆的情况下，可能达到明显更小的弯曲半径，这使装载非常容易且不会消极地影响物理信号传输的质量，如在例如软管或光纤的情形中将因过分弯曲或皱折而对物理信号的传输质量产生不良影响。将用于缠绕线性保持装置的卷绕辊等的直径减小，可使致动设备直接集成在垂直稳定器中，并且因此，其可在不使用从垂直稳定器到飞行器中的加压区域的导管布线的情形下执行。

可与其他传输和接收单元进行无线通信的传输和接收单元目前已经存在非常微型的形式，使得拖曳设备的重量并非在很大的程度上决定于第一通信设备，而替代地在很大的程度上决定于压力传感器本身。此外，例如作为专用电压源的电池组也存在非常微型的形式，例如高性能锂电池的形式，其中，同时还存在特征在于容量重量比（capacity-to-weight ratio）非常好的可充电电池组，例如锂聚合蓄电池，其在实践中可适合于任何所需的设计形状。

在优选的实施例中，致动设备被设计为绞盘，所述绞盘配备成例如通过在卷轴或卷绕辊上卷入或从卷轴或卷绕辊中卷出来收缩或伸展线性保持装置。

在特别优选的实施例中，线性保持装置被设计为尼龙缆，该尼龙缆具有低密度且同时提供非常高的抗拉强度。

在同样优选的实施例中，所述线性保持装置被设计为至少一根线。如果使用多根线，则它们可以被相互连接或扭曲以形成一根线缆。

优选地，拖曳设备的外壳逐渐变细并且在细端处包括用于连接到线性保持装置的设备。在操作中，所述形状用于因气流的影响而在拖曳设备连接到线性保持装置的情形下在飞行器之后拉紧线性保持装置，并且用于执行平直线运动。

在本发明的实施例中，拖曳设备包括作为专用电压源的太阳能电池，所述太阳能电池布置在拖曳设备的外壳上，并且还可用来作为能量存储设备的电池组，或可在此单独使用。由于在白天时间内通常采取校正飞行，太阳能电池将能够产生允许传感器工作的充足电压。

在本发明的示例性实施例中，拖曳设备还包括经由传输和接收单元传输数据的GPS接收器。该GPS接收器具体可以用于传输几何高度，这使得由绝对压力传感器确定的气压高度和所述几何高度之间的随后关联变得可能。

通过将传感器位置处的几何高度、在拖曳设备的位置处所测量的气压高度和由机载GPS接收器确定的飞行器的参考点处的几何高度关联，可保证在飞行器参考点处的气压高度的精确确定。由此，通过关联所述各个所确定的高度值，在拖曳设备的位置和飞行器的位置之间的任何高度差异可被消除。

通过测量飞行数据的系统、测量气压的方法、以及包括测量气压的装置的飞行器，也可满足本目的。

附图说明

在下面的示例性实施例和附图的阐述中公开了本发明的更多特点、优势和应用选择。即使不考虑所有阐述的和/或说明的特点在各个权利要求中的组成或其相互关系，所有阐述的和/或说明的特点本身和以任何组合的方式构成了本发明的主题。此外，附图中相同或类似的部件具有相同的附图标记。

图1a、图1b、图1c、图1d和图1e示出了根据本发明的装置的示例性实施例的示意图。

图2示出了根据本发明的系统的示意图。

图3示出了装配有根据本发明的至少一个系统的飞行器。

图4示出了根据本发明的方法的框图。

具体实施方式

图1a示出了根据本发明的装置2，该装置2包括拖曳设备4、线性保持装置6以及致动设备8。在该布置中，拖曳设备4包括对电子和机械设备的集合布置12进行封装以免受污垢、湿气和动态压力影响的外壳10。术语“拖曳设备”4指的是布置在保持装置6上的设备，所述拖曳设备被拖曳在飞行器后。该拖曳设备4不一定要包括在图1c和图1d中的示例性实施例中示出的测量设备。

在拖曳设备4中设置有压力传感器14、作为专用电压源（autarchicvoltage supply）的能量存储设备16、以及连接到能量存储设备16和压力传感器14二者的第一通信设备18。优选地，除了通信所必须的实际设备以外，第一通信设备18还包括以下述方式对压力传感器14的测量值或信号进行处理的电子单元20：使所述信号或测量值可以数据或信号的形式传输到外部的另一通信设备。

优选地，第一通信设备18是无线通信设备，并且被相应地连接到可被放置在外壳10的外部或内部的不同位置处的发送和接收天线21。采样相应的尺寸设计，整个外壳10也可以用作具有预定狭窄频率范围的天线。另一方面，天线21也可以线的形状等接合到外壳10的外表面上，其中在天线21和外壳10之间固定有相应的绝缘件。作为该方案的替代方案，天线21也可以被设计成是刚性的并且可以沿离开外壳10的方向延伸，或者其可以被实现为从外壳10突出的松弛绞合线，具有相应的绝缘套，为线天线的方式。本发明不限于此，第一通信设备18可以例如被设计成通过对窄带干扰不敏感的扩频方法来实现数据传输。

线性保持装置6用于在飞行器后面拉外壳10连同里面包括的设备，其中，专门配备线性保持装置6以在拖曳设备4上施加拉力，在外壳周围的空气动力流和相关的空气动力阻力导致所述拉力。

在所述的情况下，致动设备8被设计为具有机械卷绕辊等的绞盘，该卷绕辊被装配为卷入或卷出线性保持装置6，由此从飞行器后面存在的气流中收缩线性保持装置6或将线性保持装置6伸展到飞行器后面存在的气流中。借助于卷入和卷出，拖曳设备4可以远离移动装置8，如此能够测量例如在离飞行器预定距离处，例如1到1.5倍的飞行器长度处的静态气压。

图1b示出了改进的拖曳设备4。除了图1a示出的部件，该改进的拖曳设备4还包括连接到GPS天线19和第一通信设备18的GPS接收器17。该GPS接收器17通常以连续间隔将GPS信息传输到第一通信设备18，第一通信设备18可使用该信息来向飞行器传输几何高度。该几何高度通过测位来确定。在飞行器中确定的气压高度可与由测位所确定的几何高度相关联，或可执行相应的气压高度显示的校准。

为了减轻额外的重量，GPS天线19优选地设计为陶瓷芯片天线，但是，其同时可被设计为固定至外壳10的分离天线，特别是在外壳10包括金属材料的情形下。

除了上述方面，图1b的示例性实施例包括作为专用电压源的太阳能电池23，该太阳能电池23可被放置在外壳12上并且被连接到第一通信设备18。这可支持能量存储设备16，所述能量存储设备16的尺寸可相应地设计得更小，从而主要被用作缓冲存储设备。

在图1c中的示例性实施例中，压力传感器14没有布置在拖曳设备7的外壳10内，但是替代地，当从上游观察时，与外壳10隔开距离l1，以免受外壳10的任何空气动力影响。在本布置中，压力传感器14优选地用线连接到放置在外壳10内的第一通信设备18。如果保持装置6包含金属材料，则其可被用作布线的一部分。

同时，根据图1d，还可以通过在拖曳设备9的外壳10的上游、在保持装置6上以彼此间隔的方式配置多个压力传感器14，来在飞行器后面执行对压力梯度的测量。例如，在各个压力传感器14之间的间隔d在2m到10m之间，其中，压力传感器沿保持装置6的后面部分，例如沿保持装置的后三分之一部分扩展。该布置的压力传感器14的整体长度l3是例如50m，其中保持装置6的整体长度为150m并且离外壳10的距离l2例如小于5m。

在该示例性实施例的设计中，使用特别扁平且紧凑的压力传感器14是重要的，使得卷入保持装置6时不会受到不良影响。此外，压力传感器14必须用线连接到第一通信设备18，使得所确定的测量值可被传输到飞行器上。这可借助于特别精细的布线来发生，其中，在保持装置6作为细线缆的实施例中，该保持装置6可被用作压力传感器14的共享电压源端等。

图1e和图1f示出了压力传感器14的另外的不同位置。例如，图1e示出了在外壳10的后面、布置在拖曳设备11上的压力传感器14，但在图1f中，压力传感器14布置在拖曳设备13的外壳10的外部。

以与上述不同的方式，图2示出了根据本发明的整体系统。除了装置2，该系统还包括具有天线22的第二通信设备24，此外还有被设计成控制致动设备8和将拖曳设备4所传输的数据转发到在飞行器内的至少一个相应的电子设备28的调节单元26。优选地配备第二通信设备24以发起与第一通信设备18的通信，使得在现有连接中将数据以包的形式传输到第二通信设备24。

图3示出了具有根据本发明的系统的飞行器30，该系统使得飞行器30能够在其后面伸展拖曳设备4，以确定在该位置处的静态气压。在拖曳设备4和飞行器30的后边界之间的距离可以例如是1-1.5倍的飞行器长度。

优选地，根据本发明的装置被布置在垂直稳定器中，特别优选地，布置在垂直稳定器的前杆中和/或在垂直稳定器的端帽中，其中，线性保持装置6可经过在方向舵上方的、垂直稳定器的上部区域的开口送出。

此外，图4示出了根据本发明的方法的框图，该方法主要包括以下步骤：伸展拖曳设备4的步骤32；测量静态气压的步骤34；将测量气压传输到第二通信设备24的步骤36；以及收缩拖曳设备的步骤38。可选地，根据本发明的方法还可包括传输几何高度数据的步骤40。

另外，应该指出，短语“包括”不排除其他的元件或步骤，并且“一”不排除复数数量。此外，应该指出，参考上面的一个示例性实施例所阐述的特点或步骤还可与上面阐述的其他示例性实施例的其他特点或步骤一起使用。在权利要求中的附图标记不被解释为限制。

附图标记列表

2  设备

4  拖曳设备

5  拖曳设备

6  线性保持装置

7  拖曳设备

8  致动设备

9  拖曳设备

10 外壳

11 拖曳设备

12 集合布置

13 拖曳设备

14 压力传感器

16 能量存储设备

17GPS 接收器

18 第一通信设备

19GPS 天线

20  电子单元

21  天线

22  天线

23  太阳能电池

24  第二通信设备

26  调节单元

28  电子设备

30  飞行器

32  伸展

34  测量

36  传输

38  收缩

40  传输

Claims (15)

1.一种测量气压的装置，包括：

线性保持装置（6）；

拖曳设备（4,5,7,9,11,13），所述拖曳设备具有外壳（10）；

至少一个压力传感器（14），所述压力传感器用于测量静态气压；以及

致动设备（8），所述致动设备能够被放置在飞行器中，以便收缩和伸展所述线性保持装置（6）；

特征在于，所述拖曳设备（4,5,7,9,11,13）包括专用电压源（16,23）和无线第一通信设备（18），所述无线第一通信设备被连接到所述专用电压源（16,23），其中所述第一通信设备配备成将表示所获得的测量数据的信号和/或数据传输到第二通信设备（24）。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述致动设备（8）被设计为绞盘，所述绞盘配备成收缩或伸展所述线性保持装置（6）。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中所述线性保持装置（6）被设计为尼龙缆。

4.如权利要求3所述的装置，其中合成缆包含聚酰胺。

5.如权利要求1或2所述的装置，其中所述线性保持装置（6）被设计为线缆。

6.如前述权利要求中的任何一项所述的装置，其中所述专用电压源（16,23）至少部分被设计为能量存储设备（16）。

7.如前述权利要求中的任何一项所述的装置，其中所述专用电压源（16,23）至少部分被设计为太阳能电池（23）。

8.如前述权利要求中的任何一项所述的装置，还包括GPS接收器（17）和GPS天线（19），所述GPS天线被连接到所述第一通信设备（16）以传输地理高度。

9.如前述权利要求中的任何一项所述的装置，包括布置在所述线性保持装置（6）上的多个压力传感器（14）。

10.一种获取飞行数据的系统，包括如权利要求1到9中的任何一项所述的用于测量气压的装置和第二通信设备（24），所述第二通信设备配备成与所述第一通信设备（18）通信并且将表示所获取的测量数据的信号和/或数据传输到能够放置在飞行器中的电子设备（28）。

11.一种测量静态气压的方法，包括以下步骤：

在线性保持装置（6）上将拖曳设备（4,5,7,9,11,13）伸展（32）到飞行器的周围；

借助于在所述拖曳设备上和/或在所述线性保持装置（6）上的至少一个压力传感器（14）来测量（34）静态气压；

借助于无线第一通信设备（18）将所测量的气压传输（36）到第二通信设备（24）;以及

收缩（38）所述拖曳设备。

12.如权利要求11所述的方法，还包括：

将由GPS接收器（17）提供的地理高度数据从所述第一通信设备（18）传输到所述第二通信设备（24）。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：

利用由所述拖曳设备上的GPS接收器（17）所确定的几何地理高度，将在飞行器上测量的气压高度和在飞行器上于参考点处借助于飞行器上的GPS接收器所确定的几何高度相关联。

14.一种飞行器，包括如权利要求1到9中任何一项所述的装置中的至少一种。

15.如权利要求14所述的飞行器，其中所述装置被布置在飞行器的垂直稳定器中，并且所述垂直稳定器包括将线性保持装置从垂直稳定器送入至所述飞行器周围的气流中的开口。

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