CN108226567A - 一种利用流量传感器阵列实现小空速测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于大气参数中空速测量领域，涉及一种利用流量传感器阵列实现小空速测量的方法。本发明包括以下步骤：对空气气流引流和受感装置的技术状态进行分析，获取了大气流量信号；根据流量传感器的传递函数解算出空气流量，由于该流量信号在圆形平面内呈45°排列，通过引流管内径与空速之间的关系，将得到的多点空气流量利用矩阵理论解算出当前航向的空速及相对于矢量风的风向，从而实现对低空速的测量与解算。

Description

一种利用流量传感器阵列实现小空速测量的方法

技术领域

本发明属于大气参数中空速测量领域，涉及一种利用流量传感器阵列实现小空速测量的方法。

背景技术

空速是指飞行器相对于周围空气运动的速度，是计算飞行器空气动力的必要参数，也是飞行器航程推算的重要依据。目前，空速的测量大都基于流体力学的方法间接测量，也有通过收发声波脉冲的方法来实现直接测量，但这两种方法的测量对于高空、低速的测量无法满足要求。

对于基于流体力学的方法间接测量，现有的大部分的空速测量装置，在空速大于50km/h时，测量精度较高，能够稳定的进行空速测量，测量精度也能很好的满足飞行器对于大气参数的指标要求。但是受环境、传感器测量精度等的限制，在空速小于50km/h时，测量精度严重降低，无法满足指标要求。而对于利用收发声波脉冲原理实现空速测量的装置，能很好的满足全范围内的空速测量指标要求，但当飞行器的飞行高度超过5000m～6000m时，随着空气密度的下降，收发声波脉冲受到传播介质的限制，测量精度严重降低，无法满足低速飞行器在高空飞行时，大气参数指标的测量要求。

发明内容

本发明的目的是：为了实现某特种飞行器在高空、低速飞行时的大气参数测量，本发明提供了一种适用于测量高空飞行器在低速飞行时小空速的测量方法，通过大气流量传感器测试系统以及特有的计算方法实现了大气数据系统对于低速的测量。

本发明的技术方案是：一种利用流量传感器阵列实现小空速测量的方法，包括以下步骤：对空气气流引流和受感装置的技术状态进行分析，获取了大气流量信号；根据流量传感器的传递函数解算出空气流量，由于该流量信号在圆形平面内呈45°排列，通过引流管内径与空速之间的关系，将得到的多点空气流量利用矩阵理论解算出当前航向的空速及相对于矢量风的风向，从而实现对低空速的测量与解算。

本发明的具体实现方法如下：

本发明采用的大气流量传感器的流量信号在圆形平面内呈45°排列，通过优化算法，设计空速、风向计算函数关系，分为以下两部分：

1)计算空速与大气流量传感器输出电压之间的函数关系；所述空速即低速飞行器相对于空气的速度；步骤如下：

根据所述大气流量传感器传递函数：V₀＝V_s*(0.5+0.4*F_A/F_FS)，可推知：

F_A＝F_FS*(V₀/V_S-0.5)/0.4

其中：V₀----空气流量传感器输出电压值

V_s----空气流量传感器供电电压值

F_A----通过空气流量传感器的流量

F_FS----空气流量传感器测试的满量程

由上面计算公式可知空气流量与输出电压值之间的关系：F_A＝f(V₀)

由于空速是空气流量的直接反应，其数学模型为：V＝f(F_A)，其中V为空速；

通过函数传递即可计算出空速与大气流量传感器输出电压之间的函数关系：V＝f(V₀)；

2)计算风向与大气流量传感器输出电压之间的函数关系；所述风向即低速飞行器相对于空气的飞行方向；步骤如下：

大气流量传感器采用传感器阵列的形式测量风向，传感器阵列采用45°角平面分布，共八路矢量风速，根据风向测试结果，选出最大的两路矢量风V₂、V₁，由向量坐标计算法计算出风向值α：

V₁＝(X₁，Y₁)V₂＝(X₂，0)

V_x＝(X₁+X₂，Y₁)

其中，X₁，Y₁为V₁的坐标值；X₂，0为V₂的坐标值。

本发明的有益效果是：本发明利用流量传感器阵列实现小空速测量的方法，通过算法优化，较好地实现了75km/h以下的小空速的测量及风向的测量；通过试验，使用本发明，小空速的测量由原来的误差7km/h降低到2km/h以内，风向可覆盖0°～360°，综合性能提升了72％以上。

附图说明

图1为本发明采用的大气流量传感器的流量信号分布及吹风方式示意图；

图2为本发明中两路矢量风V₂、V₁的坐标关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本发明采用的大气流量传感器的流量信号在圆形平面内呈45°排列，通过优化算法，设计空速、风向计算函数关系，分为以下两部分：

1)参见图1，计算空速与大气流量传感器输出电压之间的函数关系；所述空速即低速飞行器相对于空气的速度；步骤如下：

根据所述大气流量传感器传递函数：V₀＝V_s*(0.5+0.4*F_A/F_FS)，可推知：

F_A＝F_FS*(V₀/V_S-0.5)/0.4

其中：V₀----空气流量传感器输出电压值

V_s----空气流量传感器供电电压值

F_A----通过空气流量传感器的流量

F_FS----空气流量传感器测试的满量程

由上面计算公式可知空气流量与输出电压值之间的关系：F_A＝f(V₀)

由于空速是空气流量的直接反应，其数学模型为：V＝f(F_A)，其中V为空速；

通过函数传递即可计算出空速与大气流量传感器输出电压之间的函数关系：V＝f(V₀)；

2)参见图2计算风向与大气流量传感器输出电压之间的函数关系；所述风向即低速飞行器相对于空气的飞行方向；步骤如下：

大气流量传感器采用传感器阵列的形式测量风向，传感器阵列采用45°角平面分布，共八路矢量风速，根据风向测试结果，选出最大的两路矢量风V₂、V₁，由向量坐标计算法计算出风向值α：

V₁＝(X₁，Y₁)V₂＝(X₂，0)

V_x＝(X₁+X₂，Y₁)

其中，X₁，Y₁为V₁的坐标值；X₂，0为V₂的坐标值。

Claims (2)

1.一种利用流量传感器阵列实现小空速测量的方法，其特征为所述方法包括以下步骤：对空气气流引流和受感装置的技术状态进行分析，获取了大气流量信号；根据流量传感器的传递函数解算出空气流量，由于该流量信号在圆形平面内呈45°排列，通过引流管内径与空速之间的关系，将得到的多点空气流量利用矩阵理论解算出当前航向的空速及相对于矢量风的风向，从而实现对低空速的测量与解算。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征为所述方法包括以下两部分：

2.1)计算空速与大气流量传感器输出电压之间的函数关系；所述空速即低速飞行器相对于空气的速度；步骤如下：

根据所述大气流量传感器传递函数：V₀＝V_s*(0.5+0.4*F_A/F_FS)，可推知：

F_A＝F_FS*(V₀/V_S-0.5)/0.4

其中：V₀----空气流量传感器输出电压值

V_s----空气流量传感器供电电压值

F_A----通过空气流量传感器的流量

F_FS----空气流量传感器测试的满量程

由上面计算公式可知空气流量与输出电压值之间的关系：F_A＝f(V₀)

由于空速是空气流量的直接反应，其数学模型为：V＝f(F_A)，其中V为空速；

通过函数传递即可计算出空速与大气流量传感器输出电压之间的函数关系：V＝f(V₀)；

2.2)计算风向与大气流量传感器输出电压之间的函数关系；所述风向即低速飞行器相对于空气的飞行方向；步骤如下：

大气流量传感器采用传感器阵列的形式测量风向，传感器阵列采用45°角平面分布，共八路矢量风速，根据风向测试结果，选出最大的两路矢量风V₂、V₁，由向量坐标计算法计算出风向值α：

V₁＝(X₁，Y₁) V₂＝(X₂，0)

V_X-(X₁+X₂，Y₁)

其中，X₁，Y₁为V₁的坐标值；X₂，0为V₂的坐标值。