CN107917717A - 具有光学变形传感器的飞行参数测量装置和相应测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量包括雷达天线罩(8)的飞行器(4)的至少一个飞行参数的装置，所述飞行参数例如是空速、侧滑角或迎角或者依赖于这些参数的任何其他参数，所述装置包括用于测量由于空气在所述雷达天线罩(8)上施加的力而产生的壁(10)的变形的系统以及用于根据所述系统所获得的变形测量值来计算所述要求的一个或多个飞行参数的计算机(41)。所述系统包括由所述雷达天线罩(8)携载的配备有布拉格光栅的至少一根光学纤维(6)，各纤维包括分布在所述纤维的长度上的多个布拉格光栅，以便在安装所述纤维时将这些布拉格光栅分布在所述雷达天线罩上。还涉及用于测量包括雷达天线罩(8)的飞行器(4)的至少一个飞行参数的测量方法。

Description

具有光学变形传感器的飞行参数测量装置和相应测量方法
技术领域
本发明涉及一种用于测量飞行器的飞行参数的装置，并且更确切地说，用于测量飞行器的空速、侧滑角和迎角，所述装置包括至少一个放置在雷达天线罩的水平处的光学传感器。本发明还涉及结合这种测量装置的飞行器。
背景技术
飞行参数(如空速)的测量通常借助于皮托管来实现。皮托管是采用管的形式的装置，所述管中容纳气流并导致压力增加，所述压力增加由差压计测量。所述压力计还从安装在机身上的另一个端口接收测量到的环境压力，并由此通过计算推导飞行器的空速。
文献US 6038932公开了一种飞行器，所述飞行器配备有上述类型的压力测量装置以用于获得飞行器的空速和高度。所述文献强调了皮托管的缺点，例如在迎角过大的情况下皮托管有不完美运行。所讨论的文献的基本思想是通过将皮托探测器放置在雷达天线罩的水平(即直接在气流中)来减轻这些缺点，特别是在极端的迎角下。
文献US 2015329216公开了一种用于根据放置在雷达天线罩上的传感器来确定飞行器的空速的装置，所述传感器使得能够测量变形并且从所述变形来推导空速。然而，定位在雷达和传感器之间的电缆可能会对雷达的射频性能产生影响。
文献US 2014/0229139揭示了一种用于根据传感器测量到的变形来确定飞行器的空速的装置，所述传感器放置在尾部或机翼上而不是雷达天线罩上，并且具有非常特定的构型。
文献CN 103913592描述了一种用于使用光学纤维检测器来测量风速和风向的装置，并且其唯一应用是监视气象环境。
本发明的一个目的是提出一种装置，使之可以为有缺点的皮托探测器的使用提供替代方案，所述缺点是皮托管在如所引用的现有技术中所揭示的迎角过大的情况下或结冰等情况下具有不完美运行。
发明内容
为此本发明提出一种用于测量包括雷达天线罩的飞行器的至少一个飞行参数的装置，所述飞行参数例如是空速、侧滑角或迎角或者依赖于这些参数的任何其他参数，所述装置包括用于测量由于空气在所述雷达天线罩上施加的力而产生的壁的变形的系统以及用于根据所述系统所获得的变形测量值来计算所述要求的一个或多个飞行参数的计算机，其特征在于，所述系统包括由所述雷达天线罩携载的配备有布拉格光栅的至少一根光学纤维，各纤维包括分布在所述纤维的长度上的多个布拉格光栅，以便在安装所述纤维时将这些布拉格光栅分布在所述雷达天线罩上。
所述系统没有皮托探测器，因此避免了所有由于使用皮托探测器而造成的缺点。
所述测量装置单独地或组合地具有以下可选特征中的至少一个可选特征。
所述测量装置包括用于测量温度的至少一根附加纤维。
所述纤维或其一部分布置在所述雷达天线罩的壁的内面上。
所述纤维被整合到所述雷达天线罩的壁的内部。
在旨在用于测量所述变形的至少一个布拉格光栅的水平处提供泡沫块，所述泡沫块位于所述雷达天线罩壁的蒙皮之间以便连结所述蒙皮。
所述测量装置包括用于使至少一个布拉格光栅与机械应力隔离的系统。
所述隔离系统在于围绕所述一个或多个布拉格光栅提供的滑动包套。
所述滑动包套插在所述蒙皮与所述泡沫块之间。
所述滑动包套在所述泡沫块的水平处固定到所述壁的外表面上。
所述包套被定位成尽可能靠近与所述泡沫块相关联的所述布拉格光栅。
所述隔离系统在于叠置在所述雷达天线罩的壁上的蒙皮样本，所述布拉格光栅布置在所述蒙皮样本上以使其与所述机械变形解除偶联。
本发明还涉及一种用于测量包括雷达天线罩的飞行器的至少一个飞行参数的方法，所述飞行参数例如是空速、侧滑角或迎角或者依赖于这些参数的任何其他参数，所述方法包括：
-至少使用由所述雷达天线罩携载的能够测量壁的变形的系统来测量由空气在所述雷达天线罩上的力引起的所述壁的变形的步骤；
-借助于计算机、根据由所述系统获得的变形测量值来计算所要求的一个或多个飞行参数的计算步骤；其特征在于，所述系统包括由所述雷达天线罩携载的配备有布拉格光栅的至少一根光学纤维，各纤维包括分布在所述纤维的长度上的多个布拉格光栅，以便在安装所述纤维时将这些布拉格光栅分布在所述雷达天线罩上，所述方法包括：
-测量在所述布拉格光栅的水平处的温度的步骤、以及借助于测得的温度来补偿所述变形测量值的步骤；
-测量所述雷达天线罩的内部与外部之间的温度差的步骤、以及借助于测得的温度差来补偿所述变形的测量值的步骤。
所述测量方法单独地或组合地具有以下可选特征中的至少一个可选特征。
所述方法包括测量携载着布拉格光栅的样本的水平处的变形的步骤、以及借助于在所述样本的水平处的变形测量值来补偿所述变形测量值的步骤。
所述方法包括测量所述雷达天线罩的内部压力与静压力之间的压力差的步骤、以及借助于测得的压力差来补偿所述变形的测量值的步骤。
本发明还涉及携载至少一根光学纤维的飞行器雷达天线罩，所述雷达天线罩配备有能够测量由空气施加到所述雷达天线罩上的力引起的所述雷达天线罩壁的变形的系统。
附图说明
通过阅读以下对根据本发明的测量装置的描述，本发明的其他目的、优点和特征将变得显而易见，所述描述通过非限制性实例参考附图给出，在附图中：
●图1是根据本发明的飞行器的机首的侧截面的简化示意图；
●图2a和图2b分别是具有一层和两层的复合的且蜂窝形结构的雷达天线罩壁区段的截面视图；
●图3是雷达天线罩的内部的视图，示出了根据本发明的测量装置的纤维；
●图4至图6是雷达天线罩内部的简化示意图，分别示出了根据本发明的布拉格光栅、干涉测量式的和分布式的测量装置；
●图7和图8对应地是雷达天线罩壁区段侧截面的简化视图，示出了安装在所述雷达天线罩壁上和所述雷达天线罩壁内的测量装置的纤维；
●图9是雷达天线罩壁区段的侧截面的简化视图，示出了安装在雷达天线罩壁内部的测量装置的纤维，所述测量装置中提供了用于使机械变形均匀化的系统；
●图10和图11是雷达天线罩壁区段的侧截面的简化视图，示出了所述测量装置的纤维，所述装置配备有用于使纤维相对于所述雷达天线罩壁的机械变形解除偶联的器件，以便仅测量由温度造成的影响；
●图10bis是雷达天线罩壁区段的简化透视图，示出了所述测量装置的纤维，所述测量装置配备有用于使纤维相对于安装在所述雷达天线罩壁内的雷达天线罩壁的机械变形解除偶联的器件，并且所述装置中提供了用于使机械变形均匀化的系统；
●图12是根据本发明的飞行器的机首的侧截面的简化示意图，示出了相对于经过所述雷达天线罩的端部的水平面的不对称气流；
●图13是根据本发明的飞行器的机首的截面的简化示意性平面图，示出了相对于竖直中心平面不对称的气流。
具体实施方式
如图1所示，本发明涉及一种用于测量飞行器4的飞行参数的装置2，所述飞行参数例如是飞行器的空速、侧滑角和迎角。飞行器4包括雷达天线罩8。测量装置2包括布置在飞行器的雷达天线罩8的水平处的至少一根光学纤维6，以测量所述雷达天线罩的变形。当飞行器4处于飞行状态时，空气在雷达天线罩8的壁的外表面上施加力，容易导致其变形。雷达天线罩8的变形与其所经受的机械应力成比例：因此可以通过测量变形以从所述变形中推导出空气动学力，并从所述力计算出飞行器的空速以及迎角和侧滑角。
如图1、图3至图6所示，雷达天线罩8在机首的水平上包括位于飞行器4的前端处的壁10。壁10具有双曲率，以便形成圆顶凹形。雷达天线罩的自由外围边缘12通过任何已知类型的手段(例如通过装配件15)而通常以铰接的方式连结到飞行器的机身14的其余部分上。壁10具有内面16和外面18以及形成与边缘12相反的圆顶的顶点20的端部。雷达天线罩8的中空形状使得可以保护容纳在其中的天线22。所述雷达天线罩还包括例如金属条24形式的避雷系统。
雷达天线罩8的壁10由可透过电磁波的材料制成。
它具有包括两个蒙皮26、28的夹层结构，所述蒙皮例如由布置在蜂窝或泡沫芯30的对应的相反侧上的复合材料构成。所述复合材料包括例如纤维增强物，诸如玻璃纤维、石英纤维、“KEVLAR”纤维(注册商标)或任何其他介电材料和热固性或热塑性有机树脂基质。所述结构可以是单夹层结构(即蜂窝或泡沫层30a，如图2a所示)、双夹层结构(即两层30b、30c，如图2b所示)，或者甚至是多层结构。蒙皮26、28中一者的外表面对应于内面16，另一蒙皮的外表面对应于外面18。
以优化的方式选择壁的性质，例如每个蒙皮、芯的厚度，材料的介电性质等，以改善电磁波的传输。
使用应变仪测量变形需要在雷达天线罩8的水平处引入电线，电线会干扰经由天线22以及特别是雷达的无线电传输甚至吸引雷电。另一方面，光学纤维是介电材料。因此，使用光学纤维6来测量雷达天线罩的变形使得可以避免对雷达的射频性能或抗雷电性方面的性能的任何影响。
存在使用如布拉格光栅测量的光学纤维测量壁的变形的不同技术。
布拉格光栅测量是众所周知的。布拉格光栅是在光学纤维的一部分内的修改，产生具有折射率的周期性变化的特定微结构，使得可以仅反射导引进入所讨论的纤维的、特定波长的光信号。光栅用作选择性过滤器。纤维形状的修改导致反射波长的变化，并且可以从该修改推导出变形。温度也影响布拉格光栅所反射的波长。可以在同一纤维上提供多个散布的布拉格光栅，使得能够使用同一纤维进行多次测量。
也可以使用其他类型的已知技术来借助光学纤维测量变形，如在纤维端部的干涉测量(如图5所示)或拉曼(Ramann)或布里渊(Brillouin)类型的分布式测量(如图6所示)。所述测量装置还可以使用不同技术系统的组合，例如布拉格光栅和干涉测量式系统。|
以下描述涉及布拉格光栅技术，但是如上所述，可以与光学纤维结合联合应用任何其他技术或技术组合以使得能够测量变形。
如图1、图3至图6所示，光学纤维6布置在雷达天线罩的水平上，位于顶点20与雷达天线罩周界上的周边自由边缘12之间。虽然在图1、图3、图4和图6所示的实施例中仅提供了一根光学纤维6来用于测量变形，但是可以提供多根纤维。例如，可以提供使用多根纤维来缓解这些纤维中的一根或多根的故障，或者如果单根光学纤维不足以允许足够数量的布拉格光栅，或者在如图5所示的诸如纤维末端测量的技术的情况下。以下针对一根纤维所述的一切都适用于多根纤维。在使用单根纤维6的情况下，所述单根纤维被定位成能够检测雷达天线罩的整个表面上的变形。在所示的实施例中，所述纤维位于既不太靠近边缘12也不太靠近顶点20的位置。在将边缘12连结到顶点20的所有区段上，纤维6沿着所述区段的三分之一到三分之二之间定位。根据未示出的另一个实施例，单根纤维6在雷达天线罩的壁上和/或内部形成螺旋形：所述纤维可穿过雷达天线罩的内部蒙皮并因此既在所述壁上和又在其内部。
根据一个替代方案，无论是一根纤维还是多根纤维，所述纤维或每根纤维都定位在将边缘12连结到顶点20的雷达天线罩的区段上。根据另一替代方案，无论单根纤维还是多根纤维，所述纤维或每根纤维例如通过如先前地遵循螺旋状或圆周线的方式缠绕在雷达天线罩的内表面上。根据一个可能的实施例，一根或多根纤维6定位在所述雷达天线罩的内表面的后半部分上，即更靠近边缘12而非顶点20，或以相等的距离定位，以便降低由于冰雹、鸟击等造成损坏的风险。根据一个实施例，纤维数量大，并且例如大于10。
如图3所示，纤维6装设有多个布拉格光栅32，所述布拉格光栅在安装光学纤维时被分布成它们遍布分布在雷达天线罩上。在所示的实施例中，纤维6的端部之一包括布拉格光栅，并且另一端部连接到解调仪34。其他光栅遍布光学纤维两端部之间的长度。解调仪34的功能是将由布拉格光栅发回的光信号转换为波长信息。
在图4所示的实施例中，温度是可以影响测量的参数，提供了两根光学纤维6：一个6a专用于测量变形，另一个6b专用于测量温度。如上所述，还可以为这些变形和温度测量各自提供对应的多根纤维。根据另一可能的实施例，可以使用具有多个布拉格光栅的单根光学纤维。这些布拉格光栅在其长度的一部分上被布置成用于测量变形，并且在另一部分长度上被布置成用于测量温度。
根据图7所示的实施例，纤维6放置在雷达天线罩的内面16上。仅示出了其上布置有纤维6的复合蒙皮26的两个层片36。纤维6通过任何类型的手段固定到蒙皮26上，并且更精确地说，是固定到蒙皮的最外层片上。纤维6例如可以胶合到蒙皮26上。胶水薄膜38由图7中的虚线表示。
根据图8所示的另一实施例，纤维6插入蒙皮26的两个层片36之间。这里，蒙皮26对应于位于内面16侧的蒙皮。根据另一个实施例，所述纤维可以交织在蒙皮28的两个层片36之间(即在外面18侧上)。纤维6是在制造蒙皮时整合到蒙皮26中。此实施例的优点是在测量变形时不存在由胶水薄膜38产生的干扰。所述将纤维整合到雷达天线罩壁10的蒙皮26内的事实，使得能够直接测量所述雷达天线罩壁的变形。
在复合蒙皮26、28和蜂窝芯30的情况下，蜂窝芯30受到由外部气流施加的力产生的机械应力沿着蜂窝单元的不同的影响。在同一蜂窝室内出现所述蜂窝室的中心与周界之间的变形差异。为了使布拉格光栅32所接收的变形均匀化，在所讨论的光栅32的水平处，蜂窝状体局部地被泡沫替换。如图9中的说明所示，泡沫块39在蜂窝芯30中局部地插入旨在用于测量壁的变形的布拉格光栅32下方，例如在所有这些光栅32下。块39具有与蜂窝芯30的厚度相同的厚度，以便连接雷达天线罩8的壁10的蒙皮26和28，并且在稍大于所考虑的布拉格光栅32从而突出超过所述光栅整个周边的区域上局部围绕布拉格光栅延伸。因此，块39形成圆柱体、立方体或任何其他几何形状，使得达到所考虑的达布拉格光栅32的变形能够均匀化。
在图4所示的实施例中，布拉格光栅32相对于穿过顶点20的雷达天线罩的中心竖直平面P1(当安装飞行器(在例如地面的水平表面上)上时)对称地分布。在所述示例中，在每根光学纤维6a和6b上提供了六个布拉格光栅32，其中在平面P1每侧有三个。此外，在垂直于竖直平面并且穿过顶点20的中心水平面P2的水平处有两个布拉格光栅32，其他光栅在该平面P2的各侧。
根据一个实施例，光栅32被分布成彼此相距相同的距离。
布拉格光栅32通常以优化的方式分布在雷达天线罩8上，以测量整个雷达天线罩壁10的变形。
如下所述，为了测量侧滑角或迎角，需要提供分布在平面P1和/或P2的相应相反侧上的布拉格光栅32以测量所述两个角度。
压力传感器40提供在雷达天线罩内部，以测量确定空速所需的压力。
飞行器上和飞行器内(雷达天线罩的内部或外部)的计算机41连接到解调仪34和传感器40。计算机还连接到已知类型的飞行器静压传感器(未示出)，从这些传感器接收波长信息，可以根据其推导出变形信息和压力信息(由传感器40测量的内部压力和通过静压传感器获得的静压力)并将它们转换为空速信息。
清楚起见，“机械变形”是指由于空气在雷达天线罩的壁上施加的力而产生的机械应力导致的壁的变形。
温度会影响布拉格光栅(见上文)，例如，它尤其导致其特定于温度变化的变形。温度的影响产生波长变动。如果一个或多个布拉格光栅旨在用于测量机械变形，则由于温度变化引起的波长偏离使得机械变形的测量发生错误。因此，必不可少的是通过测量仅由于温度变化而产生的变形来补偿机械变形的测量，以减去温度的影响。为了做到这一点，有必要将机械变形的影响与由于温度变化产生的变形的影响分开：有两种可能的方法来分开所述影响，并且对应地示出在图10和图11中。
在图10所示的第一种方法中，进行了对受温度影响的机械变形的测量，以下称为原始机械变形，以及对不受壁的机械变形影响的温度的测量，并且通过从测得的温度的影响中减去原始机械变形来由它们推导所述变形。为此，具有用于测量温度的所述一根或多根纤维的所述一个或多个布拉格光栅32被封装在滑动包套中，使得这个光栅或这些光栅不受固定有所述纤维的壁的变形的影响。提供滑动包套使布拉格光栅与墙壁解除偶联。因此，此方法在于使用于测量温度的一个或多个布拉格光栅与干扰所述测量的机械变形解离。以说明的方式，所述布拉格光栅在由足够滑的材料组成的管42中，以使所考虑的所述一个或多个布拉格光栅与壁的机械变形隔离。管42可以例如包括诸如“TEFLON”(注册商标)的材料或与提供高于“TEFLON”(注册商标)的刚度的另一种塑料组合，“TEFLON”(注册商标)贡献不粘属性。
所述管使得可以将纤维，并且更具体是布拉格光栅，与蒙皮26及其变形分开。因此，布拉格光栅测量温度而不受蒙皮26变形的影响。知道温度使得可以校正依赖温度的变形信息。
图10bis示出了其中结合了布拉格光栅32的纤维交织在蒙皮26的两个层片36之间的实施例。联接到参照图9描述的块39的布拉格光栅32布置在块的水平处，使得其可以执行其均匀化功能。将其光栅封装在滑动包套42中的温度测量纤维布置在块39和蒙皮26之间，以避免必需通过胶合或其他方式将其固定。其布置足以将其保持在位，但这并不排除额外的固定方法。滑动包套被定位为尽可能靠近以上所述的布拉格光栅32以产生尽可能最准确的测量。壳体43可以提供在块39中以使测量纤维43插入。
变形对应于相对于同一长度段的长度变化。单位是“微米变形”，即每米材料一微米变形。
ε＝变形＝δl/l
为了获得不受温度影响的机械变形测量(称为补偿机械变形)，从原始机械变形测量中减去仅由温度引起的变形值(称为膨胀变形，即借助于与所述壁解除偶联的封装的布拉格光栅获得的特定于材料的膨胀值)就足够了：：
εi补偿＝εi原始-εi温度
其中，
i对应于布拉格光栅的编号，习惯上是指一个布拉格传感器；
εi补偿对应于补偿机械变形；
εi原始对应于原始机械变形(由胶合或整合至所述蒙皮的传感器读出)；
εi温度对应于由于温度产生的膨胀变形。
膨胀变形是通过将相对于参考温度测得的温度差乘以构成壁的蒙皮的材料的膨胀系数来获得的：
εi温度＝α(t读取_t0)
其中
α＝所述材料的线性膨胀系数；
t读取＝由布拉格传感器读取的温度；
t0＝参考温度(以其建立任何系统的零点的温度)。
在第一种方法中，膨胀变形是通过根据测得的温度(不受变形影响)计算获得。
在图11所示的第二种方法中，膨胀变形通过直接测量获得。为此，测量蒙皮样本44(称为补偿样本44)的变形(不受施加到壁上的机械应力和原始机械变形的影响)，从而根据其推导出补偿机械变形。为此，在此实施例中，从壁10的原始机械变形测量值中减去借助补偿样本44通过直接测量而获得的膨胀变形测量值。如图11所示，蒙皮26的样本44叠置在雷达天线罩的壁8上。用于测量机械变形的纤维6由雷达天线罩的壁8和样本44二者来支撑。多个布拉格光栅32以足够靠近地间隔开的方式布置在补偿样本44的水平上和壁8的水平上，以便处于相同的温度下。位于样本44的水平的所述一个或多个布拉格光栅32藉由补偿样本44而与壁8解除关联：因此它们不会受壁8的原始机械变形影响。
膨胀变形εi温度是借助于固定在补偿样本44上的布拉格光栅32来测量的。然后通过从固定在壁上的布拉格光栅32所测得的原始变形中减去膨胀变形来获得经补偿的变形：
εi补偿＝εi原始-εi温度
上面已经描述了一种能够减轻温度对布拉格光栅操作的影响的补偿系统。布拉格光栅的操作可能受到其他因素的干扰。当飞行器在飞行中并且非常快速地变化飞行高度时，外界温度同样快速地下降或上升。现在雷达天线罩的壁8被证明是相对良好的隔热体，雷达天线罩外部的温度和内部的温度之间的平衡并不是瞬时达到的。随之而来的是，雷达天线罩内部的温度与外部温度之间的温度差增加。现在这种温度差造成的机械应力并未与由气流作用在雷达天线罩的壁上的力导致的机械应力联系到一起。同样还需要相对于这种温度差对壁的机械变形的测量值加以补偿。为此，有必要通过已经存在于飞行器上的任何已知手段来测量雷达天线罩外部和内部的温度，并从中推导出所导致的变形。
针对每个布拉格传感器所产生的并且针对在给定的布拉格传感器的水平上的单位温度差(即一度)的变形(表示为εti(i是布拉格传感器的编号))可以通过存储在存储器中的雷达天线罩结构模型(有限元模型)来估算，并与温度成比例地使用来补偿变形测量。
εi校正＝εi补偿–εti x(text–tint)
其中
i对应于所述布拉格传感器的编号；
εi补偿对应先前借助于使用计算(管42)或测量(补偿样本44)的方法获得的经温度补偿的机械变形；
text对应于所述雷达天线罩外部的温度；
tint对应于所述雷达天线罩内部的温度。
所述雷达天线罩的结构的有限元模型是通过任何类型的已知手段建立的。
以与图10的实施例相同的方式，从所述机械变形中减去由于雷达天线罩内部与外部之间的温度差导致的应力而产生的变形部分。
最后，所述装置还包括实现压力补偿、并且更准确地说，是用于补偿雷达天线罩内的压力与静压力之间的差异所需的所有器件。实际上，这种差异导致对变形的高估或低估。采用与温度相似的补偿原理。
针对每个布拉格传感器所产生的并且针对在给定的布拉格传感器的水平上在内部压力Pint与静压力Pstat之间的单位压力差(即，1mBar)的变形(表示为εpi(i为布拉格传感器的编号))可以通过存储在存储器中的雷达天线罩结构的模型(有限元模型)来估算(与用于温度补偿的模型相同)，并以与成比例的方式用于内部压力差来补偿变形测量。
εi校正＝εi补偿–εpi x(Pstat–Pint)
其中
i对应于所述布拉格传感器的编号；
εi补偿对应先前借助于使用计算(管42)或测量(补偿样本44)的方法获得的经温度补偿的机械变形；
Pstat对应于外部静压力；
Pint对应于所述雷达天线罩内部的压力。
根据所示实施例，所述装置执行温度和压力补偿，因此最终变形为：
εi校正＝εi补偿–εti x(text–tint)–εpi x(Pstat–Pint)
针对基于布拉格光栅的测量系统(除了布拉格技术本身)已经描述的一切，影响测量系统运行的温度补偿、雷达天线罩内部与外部之间的温度差和压力差的补偿可以应用于使用如图5所示的干涉测量式系统或如图6所示的分布式测量的测量装置。
图5示出了使用干涉测量式系统的测量装置。这些干涉测量式系统32放置在光学纤维端部，每个系统需要光学纤维6连接到解调仪34。如图5所示，光学纤维端部干涉测量式系统32可以以与布拉格光栅相同的方式布置在雷达天线罩上，并且特别是以分布式方式布置遍及雷达天线罩的表面，以用于同样在轴P1和/或P2各侧的优化的且分布式的测量。在所示的实施例中，以与图4的布拉格光栅设置相同的方式，所述装置也提供具有纤维对6a、6b的设置，一根干涉测量式系统纤维用于测量变形，并且，一根干涉测量式系统纤维用于测量温度。
在图6中，拉曼(Ramann)或布里渊(Brillouin)型测量装置遍及纤维的长度分布测量。因此，所述一根或多根纤维6可以以与在布拉格光栅型测量装置中相同的方式来布置，即放置在雷达天线罩的表面上以进行优化的测量，并且从而使得测量分布在轴线P1和/或P2各侧。在所示的实施例中并且如图4和图5所示的设置，提供了两个分布式测量光学纤维6a和6b，一个用于测量变形，另一个用于测量温度。
可以提供组合了这些不同的基于光学纤维的变形测量技术中的两种或更多种技术的测量装置。
使用布拉格光栅、干涉测量或分布式测量方法的测量装置1以如下方式操作。
解调仪收集由布拉格光栅或干涉测量式系统或分布式系统发送的这些不同测量值以及来自如上所述的补偿系统的测量值，无论是指温度或压力补偿还是对雷达天线罩8内部与外部之间的温度差的补偿。
由此，计算机41在实现补偿之后推导出关于雷达天线罩壁的变形的这些不同信息。计算机41对经补偿的变形测量值进行求和。所有经补偿的变形测量值与雷达天线罩的机械应力的状态成比例，这个和值是与雷达天线罩8的内面16和外面18之间的压力差成比例的信息项。现在根据伯努利定律，针对低马赫数(低于其认为流体是不可压缩的)，压力差取决于空气密度(本身取决于静压)和飞行器空速的平方。在较高马赫数(高于其认为流体是可压缩的)情况下，压力差是飞行器空速更稍复杂的函数。
因此，由于已经获得了外部压力，并且也可以通过任何已知的机载类型的器件测量静压力和高度，并且因此的空气的密度，所以测量装置从中推导出飞行器的空速。
为了获得迎角，事实是利用具有在平面P2各侧的分布式传感器(无论这些传感器是布拉格传感器、干涉测量式系统还是分布式测量系统(传感器于是被认为是分布在所述纤维的一定长度段上))。如图12中通过箭头所示的，在平面P2两侧上的非对称流动导致不对称变形，这种不对称变形可以由传感器测量到，因为这些传感器分布在平面P2的两侧。通过使用分布式传感器，就可以将布置在平面P2的一侧上的测量装置的元件所获得的信息与布置在该平面的另一侧上的那些元件所获得的信息分开。以此方式，计算机41计算施加到雷达天线罩的顶部的力与施加到其底部的力之间的差，并从此推导出作为所述差的函数的迎角。此函数的参数是通过执行变形仿真和/或通过试错来计算确定，它们特别依赖于所选择的测量装置。
为了获得侧滑角，事实是利用具有分布在平面P1的各侧的传感器(如前，这些传感器可以是任何已知技术类型的传感器，包括本申请中所展示的那些传感器)。如图13中通过箭头所示的，在平面P1两侧上的非对称流动导致不对称变形，这种不对称变形可以由传感器测量到，因为这些传感器分布在平面P1的两侧。通过使用分布式传感器，就可以将布置在平面P1的一侧上的测量装置的元件所获得的信息与布置在该平面的另一侧上的那些元件所获得的信息分开。以此方式，计算机41计算施加到雷达天线罩的左侧部分的力和施加到其右侧部分的力之间的差，并从中推导出侧滑角。以与之前相同的方式，通过执行变形仿真或通过建模，通过计算来确定比例性系数，它们特别依赖于所选择的测量装置。
因此，根据本发明的测量装置提供了一种全新的测量飞行参数的方法，其基于使用配备有变形测量系统的光学纤维来测量飞行中雷达天线罩的变形，所述变形测量系统诸如是布拉格光栅、干涉测量式或分布式测量系统等。
所述测量装置对雷达天线罩中所容纳的天线的操作没有影响。此外，所述测量装置即使在结冰的情况下也可以运行；事实上，即使冰沉积在雷达天线罩上，空气动力学负载仍然存在并在雷达天线罩上产生其作用，所述测量装置可以由此推导出飞行参数。

Claims (14)

1.一种用于测量包括雷达天线罩(8)的飞行器(4)的至少一个飞行参数的测量装置(1)，所述测量装置包括用于测量由于空气在所述雷达天线罩(8)上施加的力而产生的壁(10)的变形的系统以及用于根据所述系统所获得的变形测量值来计算所述要求的一个或多个飞行参数的计算机(41)，其特征在于，所述系统包括由所述雷达天线罩(8)携载的配备有布拉格光栅(32)的至少一根光学纤维(6a)，各纤维包括分布在所述纤维的长度上的多个布拉格光栅(32)，以便在安装所述纤维时将这些布拉格光栅分布在所述雷达天线罩上。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述纤维(6)被整合到所述壁(10)的内部。
3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，在旨在用于测量所述变形的至少一个布拉格光栅(32)的水平处提供泡沫块(39)，所述泡沫块位于所述壁(10)的蒙皮(26)与蒙皮(28)之间以便连结它们。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括用于使至少一个布拉格光栅(32)与机械应力隔离的系统(42，44)。
5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述隔离系统在于围绕所述一个或多个布拉格光栅(32)提供的滑动包套(42)。
6.根据权利要求3和5所述的测量装置，其特征在于，所述滑动包套(42)插在所述蒙皮(26)与所述泡沫块(39)之间。
7.根据权利要求3和5所述的测量装置，其特征在于，所述滑动包套(42)在所述泡沫块(39)的水平处固定到所述壁(10)的外表面上。
8.根据权利要求6或7所述的测量装置，其特征在于，所述包套(42)被定位成尽可能靠近与所述泡沫块(39)相关联的所述布拉格光栅(32)。
9.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述隔离系统在于叠置在所述雷达天线罩的壁(10)上的蒙皮样本(44)，所述布拉格光栅(32)布置在所述蒙皮样本上以使其与所述机械变形解除偶联。
10.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述飞行参数是空速、侧滑角或迎角或者依赖于这些参数的任何其他参数。
11.一种用于测量包括雷达天线罩(8)的飞行器(4)的至少一个飞行参数的测量方法，所述测量方法包括：
-至少使用由所述雷达天线罩(8)携载的能够测量壁(10)的变形的系统来测量由空气在所述雷达天线罩(8)上的力引起的所述壁的变形的步骤；
-借助于计算机(41)、根据由所述系统获得的变形测量值来计算所要求的一个或多个飞行参数的计算步骤；其特征在于，所述系统包括由所述雷达天线罩(8)携载的配备有布拉格光栅(32)的至少一根光学纤维(6a)，各纤维包括分布在所述纤维的长度上的多个布拉格光栅(32)，以便在安装所述纤维时将这些布拉格光栅分布在所述雷达天线罩上，所述测量方法包括：
-测量在所述布拉格光栅(32)的水平处的温度的步骤、以及借助于测得的温度来补偿所述变形测量值的步骤；
-测量所述雷达天线罩(8)的内部和外部温度差的步骤、以及借助于测得的温度差来补偿所述变形测量值的步骤。
12.根据权利要求11所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括测量携载着布拉格光栅(32)的样本的水平处的变形的步骤、以及借助于在所述样本的水平处的变形测量值来补偿所述变形测量值的步骤。
13.根据权利要求11或12所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括测量所述雷达天线罩的内部压力与静压力之间的压力差的步骤、以及借助于测得的压力差来补偿所述变形的测量值的步骤。
14.根据权利要求11所述的测量方法，其特征在于，所述飞行参数是空速、侧滑角或迎角或者依赖于这些参数的任何其他参数。
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