CN110736854A - 一种基于机身两侧迎角传感器的飞行迎角获取方法 - Google Patents

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    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/025—Indicating direction only, e.g. by weather vane indicating air data, i.e. flight variables of an aircraft, e.g. angle of attack, side slip, shear, yaw

Abstract

本发明属于飞机大气传感器领域，涉及一种基于机身两侧迎角传感器的飞机迎角获取方法。本发明方法采集设置在机身左右两侧迎角传感器的测量值，计算左右两侧迎角传感器的平均值和差值，并利用不同侧滑角时机身左右两侧的迎角传感器测量值的平均值随迎角的变化曲线及其线性关系式以及左右两侧的迎角传感器测量值的差值随平均值的变化曲线计算飞行侧滑角，再利用飞行迎角与迎角传感器平均值的线性关系式计算初步飞行迎角，并利用所得到的飞行侧滑角对初步飞行迎角进行侧滑角修正，获取准确飞行迎角。本发明通过机身左右两个迎角传感器的测量信息，能够同时解算获取飞机的迎角和侧滑角，准确可靠，为飞机导航、控制、告警等提供依据。

Description

一种基于机身两侧迎角传感器的飞行迎角获取方法
技术领域
本发明属于飞机大气传感器领域，涉及一种基于机身两侧迎角传感器的飞机迎角获取方法。
背景技术
飞机的迎角和侧滑角是飞机导航、控制、告警、空气动力特性分析等方面的两个重要参数。因此，可靠的获得飞机迎角、侧滑角对飞行安全至关重要。获得飞机飞行迎角、侧滑角的方法有很多种，包括嵌入式大气传感器系统、无迹卡尔曼滤波方法和迎角/侧滑角传感器测量等。迎角传感器(侧滑角传感器)是测量飞行迎角、侧滑角的重要设备，广泛的应用于各种民用航空机型。迎角传感器主要有风标叶片、转轴和电位计组成，风标叶片置于飞机体外，通过风标的转动角度测量安装位置的气流偏角，通过分析安装位置的气流偏角与飞机的飞行迎角的关系，获得飞机的真实迎角。侧滑角传感器类似，利用机身迎角传感器的测量值易受侧滑角影响这一特性。现有技术进行飞机迎角、侧滑角测量时，一般需要同时安装迎角传感器和侧滑角传感器，利用侧滑角传感器数据对迎角传感器数据进行侧滑修正，以获得准确的迎角数据。由于迎角测量时，也需要侧滑角传感器进行辅助修正，所需设备多，然而传感器为活动部件，且外露在机身表面，环境恶劣，容易损坏，因此所需传感器越多，除了增加系统复杂性外，也降低可靠性。
发明内容
本发明的目的是：提出一种通过机身左右两个迎角传感器的测量信息，既能同时解算飞机的迎角和侧滑角的飞机迎角获取方法，为飞机导航、控制、告警等提供依据。
本发明的技术方案是：一种基于机身两侧迎角传感器的飞行迎角获取方法，其采集设置在机身左右两侧迎角传感器的测量值，计算左右两侧迎角传感器的平均值和差值，并利用不同侧滑角时机身左右两侧的迎角传感器测量值的平均值随迎角的变化曲线及其线性关系式以及左右两侧的迎角传感器测量值的差值随平均值的变化曲线计算飞行侧滑角，再利用飞行迎角与迎角传感器平均值的线性关系式计算初步飞行迎角，并利用所得到的飞行侧滑角对初步飞行迎角进行侧滑角修正，获取准确飞行迎角。
所述迎角传感器设置在前机身对称两侧，并邻近机身水平线。
无侧滑角时机身左右两侧的迎角传感器测量值的平均值随迎角的变化曲线接近线性，拟合出二者之间的线性关系。
迎角传感器测量值的平均值与迎角之间的线性系数在1.2～3.5。
不同侧滑角时机身左右两侧的迎角传感器测量值的差值随平均值的变化曲线绘制成插值图，根据测量的迎角平均值获得左右迎角差值随侧滑角的变化关系，再根据左右迎角差值获得飞行侧滑角。
机身左右迎角差值为正，其中，以迎风面侧迎角传感器测量值大于背风面迎角传感器测量值。
飞行侧滑角对初步飞行迎角进行侧滑角修正时，将飞行侧滑角根据侧滑角对迎角传感器平均值的影响，进行加减修正。
所述的基于机身两侧迎角传感器的飞机迎角侧滑角解算方法，其具体过程如下：
1)利用风洞试验或数值模拟手段，测量/计算机身左右对称安装迎角传感器位置的气流角度，试验/计算状态为不同侧滑角状态的一系列迎角，获得不同侧滑角时机身左右两侧迎角传感器的测量值随飞行迎角的变化曲线；
2)根据第1)步的结果，计算无侧滑角时机身左右两侧的迎角传感器测量值的平均值随迎角的变化曲线及其线性关系式以及左右两侧的迎角传感器测量值的差值随平均值的变化曲线，并将之作为原始数据装订至飞机大气数据计算机；
3)在飞机飞行时，采集机身左右两侧迎角传感器的测量值；
4)利用大气数据计算机，计算左右两侧迎角传感器的平均值和差值；
5)根据4)计算的平均值和差值，利用第2)步不同侧滑角时平均值和差值的关系计算计算飞行侧滑角；
6)根据4)计算的平均值，利用2)中飞行迎角与平均值的线性关系式初步计算飞行迎角；
7)根据2)中不用侧滑角时机身左右两侧的迎角传感器测量值的平均值随迎角的变化曲线，以及5)得到的侧滑角对飞行迎角进行侧滑角修正，得到准确飞行迎角。
本发明的有益效果：本发明基于机身两侧迎角传感器的飞机迎角获取方法，在机身左右测量对称安装的迎角传感器，通过试验/计算得到不同侧滑角时机身两侧迎角传感器的测量值随迎角侧滑角的变化规律，并将之装订在飞机大气数据机上，飞机飞行时根据大气数据计算机采集的机身两侧的迎角传感器的测量值，利用装订数据，准确的解算飞机的飞行迎角和侧滑角，为飞机导航、控制、告警等提供依据。相对现有迎角传感器获取方法，本发明不需要额外的侧滑角传感器，因此使用设备少，系统可靠性高。
附图说明
图1是不同侧滑角时机身左侧的迎角传感器测量值随飞行迎角的变化曲线。
图2是不同侧滑角时机身右侧的迎角传感器测量值随飞行迎角的变化曲线。
图3是不用侧滑角时机身左右两侧的迎角传感器测量值的平均值随迎角的变化曲线。
图4是左右两侧的迎角传感器测量值的差值随平均值的变化曲线。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细说明。
本发明一种基于机身两侧迎角传感器的飞行迎角获取方法，用于得到飞机的飞行迎角和侧滑角，其实施过程如下：
(1)利用风洞试验或数值模拟手段，测量/计算机身左右对称安装迎角传感器位置的气流角度，试验/计算状态为不同侧滑角状态的一系列迎角，利用上述数据，绘制得到不同侧滑角时机身左右两侧迎角传感器的测量值随飞行迎角的变化曲线；
(2)根据第(1)步的结果，计算不同侧滑角时机身左右两侧的迎角传感器测量值的平均值随迎角的变化曲线，其变化曲线接近线性，可拟合得到相应的线性关系式，根据实际不同，线性系数在1.2～3.5之间。
并计算左右两侧的迎角传感器测量值的差值随平均值的变化曲线，并将上述变化曲线关系作为原始数据装订至飞机大气数据计算机；
(3)在飞机飞行时，采集机身左右两侧迎角传感器的测量值(迎角传感器所处位置的迎角值)；
(4)利用大气数据计算机，计算左右两侧迎角传感器的平均值和差值；
(5)根据(4)计算的平均值和差值，利用第(2)步不同侧滑角时平均值和差值的关系，得到某侧滑角时的迎角传感器平均值和差值，计算该平均值条件下不同侧滑角时的迎角差值系列，然后将该侧滑角差值与迎角差值系列进行对应，拟合确定当下的飞行侧滑角；
(6)根据(4)计算的平均值，利用(2)中飞行迎角与平均值的线性关系式初步计算飞行迎角；
(7)根据(2)中不用侧滑角时机身左右两侧的迎角传感器测量值的平均值随迎角的变化曲线，以及(5)得到的侧滑角对飞行迎角进行侧滑角加减修正，得到准确飞行迎角；
(8)输出迎角和侧滑角；
实施例，针对某型飞机，采用本发明提出的基于机身两侧迎角传感器的飞行迎角获取方法，对飞机的迎角和侧滑角进行了计算，步骤如下：
(1)利用风洞试验测量了不同侧滑角时机身左右两侧迎角传感器测量值随迎角的变化曲线，参见图1和图2，整体上，左右测量值随模拟试验迎角呈线性递增关系，其中，图1中左侧滑角β过大，20°时，出现明显的线性失真，而右侧情况相对较好。
(2)根据试验结果，计算了不用侧滑角时机身左右两侧的迎角传感器测量值的平均值随迎角的变化曲线及其线性关系式，参见图3，除了迎角过大，20°以外，其余不到20°迎角下，传感器平均值与迎角之间保持了较好的线性关系。
左右两侧的迎角传感器测量值的差值随平均值的变化曲线，参见图4，上述不同侧滑角下的多组迎角差值随平均值的曲线绘制成插值图，并将之作为原始数据装订至飞机大气数据计算机；
(3)飞机飞行时，实时测量了飞机机身左右两侧的迎角传感器测量值，并计算了其平均值和差值；
(4)根据图4，得到某侧滑角时的迎角传感器平均值和差值，计算该平均值条件下不同侧滑角时的迎角差值系列，然后将该侧滑角差值与迎角差值系列进行对应，拟合确定当下的飞行侧滑角；
(5)根据图3线性关系计算飞行迎角；
(6)输出迎角和侧滑角到飞行员显示屏；
以上所述，仅为本发明的具体实施例，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准，且本发明说明书所未记载或详尽的内容均为常规技术。

Claims (8)

1.一种基于机身两侧迎角传感器的飞行迎角获取方法，其特征在于，采集设置在机身左右两侧迎角传感器的测量值，计算左右两侧迎角传感器的平均值和差值，并利用不同侧滑角时机身左右两侧的迎角传感器测量值的平均值随迎角的变化曲线及其线性关系式以及左右两侧的迎角传感器测量值的差值随平均值的变化曲线计算飞行侧滑角，再利用飞行迎角与迎角传感器平均值的线性关系式计算初步飞行迎角，并利用所得到的飞行侧滑角对初步飞行迎角进行侧滑角修正，获取准确飞行迎角。
2.根据权利要求1所述的基于机身两侧迎角传感器的飞行迎角获取方法，其特征在于，所述迎角传感器设置在前机身对称两侧，并邻近机身水平线。
3.根据权利要求1所述的基于机身两侧迎角传感器的飞行迎角获取方法，其特征在于，无侧滑角时机身左右两侧的迎角传感器测量值的平均值随迎角的变化曲线接近线性，拟合出二者之间的线性关系。
4.根据权利要求3所述的基于机身两侧迎角传感器的飞行迎角获取方法，其特征在于，迎角传感器测量值的平均值与迎角之间的线性系数在1.2～3.5。
5.根据权利要求1所述的基于机身两侧迎角传感器的飞行迎角获取方法，其特征在于，不同侧滑角时机身左右两侧的迎角传感器测量值的差值随平均值的变化曲线绘制成插值图，根据测量的迎角平均值获得左右迎角差值随侧滑角的变化关系，再根据左右迎角差值获得飞行侧滑角。
6.根据权利要求1所述的基于机身两侧迎角传感器的飞行迎角获取方法，其特征在于，机身左右迎角差值为正，其中，以迎风面侧迎角传感器测量值大于背风面迎角传感器测量值。
7.根据权利要求1所述的基于机身两侧迎角传感器的飞行迎角获取方法，其特征在于，飞行侧滑角对初步飞行迎角进行侧滑角修正时，将飞行侧滑角根据侧滑角对迎角传感器平均值的影响，进行加减修正。
8.根据权利要求1所述的基于机身两侧迎角传感器的飞行迎角获取方法，其特征在于，具体过程如下：
1)利用风洞试验或数值模拟手段，测量/计算机身左右对称安装迎角传感器位置的气流角度，试验/计算状态为不同侧滑角状态的一系列迎角，获得不同侧滑角时机身左右两侧迎角传感器的测量值随飞行迎角的变化曲线；
2)根据第1)步的结果，计算无侧滑角时机身左右两侧的迎角传感器测量值的平均值随迎角的变化曲线及其线性关系式以及左右两侧的迎角传感器测量值的差值随平均值的变化曲线，并将之作为原始数据装订至飞机大气数据计算机；
3)在飞机飞行时，采集机身左右两侧迎角传感器的测量值；
4)利用大气数据计算机，计算左右两侧迎角传感器的平均值和差值；
5)根据4)计算的平均值和差值，利用第2)步不同侧滑角时平均值和差值的关系计算计算飞行侧滑角；
6)根据4)计算的平均值，利用2)中飞行迎角与平均值的线性关系式初步计算飞行迎角；
7)根据2)中不用侧滑角时机身左右两侧的迎角传感器测量值的平均值随迎角的变化曲线，以及5)得到的侧滑角对飞行迎角进行侧滑角修正，得到准确飞行迎角。
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