CN110987284A - 一种用于飞翼式飞机的高可靠性全嵌入式大气数据系统 - Google Patents

一种用于飞翼式飞机的高可靠性全嵌入式大气数据系统 Download PDF

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童建忠
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Abstract

本申请涉及一种用于飞翼式飞机的高可靠性全嵌入式大气数据系统，在其包括的多个压力传感器中，以所述中轴线对称设置在所述飞翼式飞机的机身两侧，每侧的机身至少包含三个所述压力传感器，其中在所述飞翼式飞机的机身上表面至少包含两个所述压力传感器，且所述压力传感器沿着机身的边缘排列，在所述飞翼式飞机的机身下表面至少包含一个所述压力传感器，机身上下两面的所述压力传感器中至少具有一组满足垂直分布，其中，多个所述压力传感器均嵌入所述飞翼式飞机的蒙皮中，与所述飞翼式飞机的蒙皮平滑共形；解算装置接收多个所述压力传感器的的压力信息，并将所述压力信息进行解算以获得大气参数。本申请可以提高飞翼式飞机的可靠性。

Description

一种用于飞翼式飞机的高可靠性全嵌入式大气数据系统
技术领域
本申请属于飞机系统数据采集技术领域，特别涉及一种用于飞翼式飞机的高可靠性全嵌入式大气数据系统。
背景技术
大气数据系统表征飞机相对周围大气的运动状态，利用传感器感受外部气流相对于飞行的运动信息，通过解算及修正获得大气参数(例如参数包括全压、静压、迎角、侧滑角等)。对现代空气动力飞机来说，大气数据的精确测量对航行指引、飞行控制和事后飞行分析都是至关重要的。
传统飞机的大气数据系统通常采用空速管来测量总压和静压，迎、侧角风标测量迎、侧角，后端在大气数据计算机内完成各大气参数的解算及修正，空速管和迎、侧角风标均突出飞机的蒙皮表面。然而，随着现代飞机对隐身性能的要求越来越高，突出飞机蒙皮表面的传感器将破坏飞机的雷达隐身性能。
但对于嵌入式大气数据系统，通过在机身10上的不同位置布置嵌入式压力传感器11能够满足大气数据测量的基本要求，如图1和图2所示。但其中任何一个嵌入式压力传感器11失效都将造成嵌入式大气数据系统不可用，直接影响飞机飞行安全。布置在飞机机翼上表面的嵌入式压力传感器11的测压孔朝上，易受粉尘、雨水等不利因素影响，造成测压孔堵塞，致使大气数据系统失效并直接影响飞行安全。下表面的嵌入式压力传感器11由于测压孔朝下，则不易出现粉尘堆积或雨水驻留等造成测压孔堵塞的情况。
发明内容
本申请的目的是提供了一种用于飞翼式飞机的高可靠性全嵌入式大气数据系统，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
本申请提供的技术方案是：一种用于飞翼式飞机的高可靠性全嵌入式大气数据系统，所述大气数据系统包括
多个压力传感器，至少一个所述压力传感器设置在所述飞翼式飞机的前端，且位于所述飞翼式飞机的中轴线上用于感受总压，其余所述压力传感器以所述中轴线对称设置在所述飞翼式飞机的机身两侧，每侧的机身至少包含三个所述压力传感器，其中在所述飞翼式飞机的机身上表面至少包含两个所述压力传感器，且所述压力传感器沿着机身的边缘排列，在所述飞翼式飞机的机身下表面至少包含一个所述压力传感器，机身上下两面的所述压力传感器中至少具有一组满足垂直分布，其中，多个所述压力传感器均嵌入所述飞翼式飞机的蒙皮中，与所述飞翼式飞机的蒙皮平滑共形；以及
解算装置，接收多个所述压力传感器的的压力信息，并将所述压力信息进行解算以获得大气参数。
在本申请的实施方案中，所述压力传感器还具备防冰、排水、自检测的功能。
在本申请的实施方案中，所述大气参数包括静压、总压、马赫数、攻角、侧滑角。
在本申请的实施方案中，所述解算装置为多个所述压力传感器提供电源。
在另一方面，本申请提供的技术方案是：一种飞翼式飞机，所述飞翼式飞机包括：
如上任一所述的全嵌入式大气数据系统；
飞行管理系统，所述飞行管理系统连接所述解算装置，用于根据所述解算装置解算的大气参数管理飞机的飞行；以及
数据管理系统，所述数据管理系统连接所述解算装置，用于记录和/或监控所述解算装置解算出的大气参数。
本申请用于飞翼式飞机的高可靠性全嵌入式大气数据系统相比于现有技术来说，取消了传统大气数据系统中突出飞机蒙皮表面的空速管、风标传感器，而是将所有压力传感器均嵌入飞机蒙皮中，蒙皮表面无任何突出物，因此，本申请的嵌入式大气数据系统极大地提高了飞机的隐身性能，尤其适用于高隐身要求的飞翼式布局飞机，具有极高的应用价值。
本申请从全嵌入式大气数据系统的可靠性出发，考虑到机翼(机身)上表面的压力传感器更易出现粉尘、雨水沉积堵塞的情况，故在上表面设置至少两个压力传感器，通过冗余信息的比较，可以识别故障并将故障信息剔除，当机身上表面包括的至少四个压力传感器中最多出现两个压力传感器故障时，大气数据系统仍能保证输出的准确性和精度，可有效提高系统可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为现有技术中的全嵌入式大气数据系统的飞翼式飞机俯视图。
图2为图1所示实施例中的飞翼式飞机前视图。
图3为本申请一实施例的全嵌入式大气数据系统的飞翼式飞机俯视图。
图4为图3所示实施例中的飞翼式飞机前视图。
图5为本申请实施例中的全嵌入式大气数据系统的飞翼式飞机系统架构图。
图6为本申请的气动分析选取测压点示意图。
图7为图6所示实施例的压力传感器压力系数差随侧滑角变化曲线。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
为了提高飞翼式(飞翼布局气动外形)飞机的隐身性能，同时避免嵌入式大气数据系统中上表面的嵌入式压力传感器易被粉尘、雨水等堵塞，而造成大气数据系统不可用的情况，本申请提出了一种适用于飞翼式飞机上的全嵌入式大气数据系统。该全嵌入式大气数据系统通过将多个压力传感器均嵌入飞翼式飞机的蒙皮中，并对压力传感器进行合理布置，使压力传感器可以敏感地感受到飞机的局部压力信息，并将压力信息传递给解算装置，由解算装置完成大气参数的解耦计算，并将解算后的参数发送给飞行管理系统(或飞管计算机)，能够为飞机平台提供高精度的大气参数。
如图3至图5所示的实施例，本申请的高可靠性全嵌入式大气数据系统(以下或称嵌入式大气数据系统、大气数据系统或系统)中的多个压力传感器32在飞翼式飞机30上安装布置如下：
1)多个压力传感器32中至少一个压力传感器32设置在飞翼式飞机30的机头锥前端(下表面)，且位于飞翼式飞机30的中轴线31上，用于感受总压；其余的压力传感器32以飞翼式飞机30的中轴线31为基准均布在飞翼式飞机30的机身两侧，每侧的机身上至少具有三个压力传感器32，其中在机身的上表面至少包含两个压力传感器32，在机身的下表面至少包含一个压力传感器32，位于机身上表面的压力传感器32和机身下表面的压力传感器32中至少有一对(或一组)压力传感器32满足垂向位置分布。其中，所有的压力传感器32均嵌入飞翼式飞机30的蒙皮中，与飞翼式飞机30的蒙皮共形，不形成突出于飞机蒙皮的突出物。设置在机身上的压力传感器32用于感受飞机的局部压力，并将压力采集解算后经总线输出给用于大气数据解算的解算装置33。
在本申请中，压力传感器32还应具备防冰、排水、自检测等功能。
2)解算装置33接收来自多个压力传感器32的多路压力信息，通过压力信息解算出静压、总压、马赫数、攻角、侧滑角等大气参数，并将解算后的结果经总线发送给飞行管理系统(或飞管计算机34)及数据管理系统35。
在本申请中，解算装置33为多个压力传感器32提供电源，使其正常工作，且解算装置33具备自检测及程序加载升级功能。
在本实施例中还提供了一种飞翼式飞机，所述飞翼式飞机包括如上所述的全嵌入式大气数据系统以及飞行管理系统(或飞管计算机34)和数据管理系统35，飞行管理系统和数据管理系统均通过总线连接至全嵌入大气数据系统中的解算装置33，飞行管理系统可以根据解算装置33解算出的大气参数来管理飞机的飞行，数据管理系统15用来记录和/或监控两者连接的总线中解算装置33解算出的大气参数。
本申请的嵌入式大气数据系统通过在机翼上表面的每侧至少增加一个压力传感器，使其感受局部压力信息，并由解算装置完成大气参数的解耦计算，将解算后的参数经由数据总线发送给飞管计算机、数据管理系统。
而在本申请的嵌入式大气数据系统中，压力传感器的安装布局十分重要，合理的压力传感器选位不仅能够大幅度降低大气参数解算算法的复杂度，更可以有效提高整个大气数据系统输出精度及抗突风扰动能力。
压力传感器的设置需要使其具有较高的大气参数(M、α、β)变化敏感度。从局部流场气动特性角度限制压力传感器选位布局，将直接影响大气数据系统精度及抗扰动能力。
在机翼上表面选取若干点进行气动特性分析，选取的点及编号如图6所示。在机翼机身上表面选取了7个压力传感器布置点且分为三排，压力传感器23a、23b为一排，压力传感器23c、23d、23e为一排，压力传感器23f、23g为一排，且压力传感器压力传感器23b、23e为最靠近机翼边缘的两压力传感器。
如图7所示为典型飞行状态下，图6中选取的压力传感器布置点左右对称位置处压力系数差随侧滑角变化的曲线。从图7可以看出，靠近机翼前缘的压力传感器(23b)、沿飞机展向靠外的压传感器(23e)时压力系数随侧滑角变化最为敏感。随迎角或侧滑角变化敏感的点对大气参数的解算更有利，因此依据风洞试验或CFD计算的结果验证了本申请的压力传感器布置在靠近机翼前缘的位置并尽量沿展向靠外的合理性。
通过在机翼上表面设置两个(单侧)压力传感器，嵌入式大气数据系统可以根据冗余信息识别故障并将故障剔除。一方面可以根据流场基本规律，由大气数据解算部件通过比较相邻或对称位置压力传感器间输出压力值识别故障，并由未故障的压力传感器采集的信息完成解算。该方法仅适用压力传感器出现大幅度的精度偏离或彻底失效的情况。另一方面可以把所有压力传感器进行分组，不同组均可独立完成大气参数解算，并根据各组解算结果完成故障识别，保留未出现故障组的解算结果。
本申请的方法能在一定程度上实现故障信息的识别，进而提高嵌入式大气数据系统的可靠性。由于嵌入式大气数据系统最基本的解算功能需有由多个嵌入式压力传感器采集的信息完成，因此上表面的四个压力传感器中最多允许出现左、右各一个传感器出现故障。
本申请用于飞翼式飞机的高可靠性全嵌入式大气数据系统相比于现有技术来说，从嵌入式大气数据系统的可靠性出发，考虑到机翼上表面的嵌入式压力传感器更易出现粉尘、雨水沉积堵塞的情况，故在上表面设置至少两个嵌入式压力传感器，通过冗余信息的比较，可以识别故障并将故障信息剔除。当上表面的至少四个压力传感器中最多出现两个传感器故障时，大气数据系统仍能保证输出的准确性和精度，可有效提高系统可靠性。
本申请是国内首次在飞翼布局飞机上进行冗余的压力传感器的大气数据系统方案架构设计，其中所涉及的式压力传感器的选位布局和利用冗余信息故障识别、重构等可用于指导多种飞机的大气数据系统设计工作，可以最大程度地提高飞翼式飞机的隐身性能，特别适用于高隐身要求的飞翼式布局飞机。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于飞翼式飞机的高可靠性全嵌入式大气数据系统，其特征在于，所述大气数据系统包括
多个压力传感器，至少一个所述压力传感器设置在所述飞翼式飞机的前端，且位于所述飞翼式飞机的中轴线上用于感受总压，其余所述压力传感器以所述中轴线对称设置在所述飞翼式飞机的机身两侧，每侧的机身至少包含三个所述压力传感器，其中在所述飞翼式飞机的机身上表面至少包含两个所述压力传感器，且所述压力传感器沿着机身的边缘排列，在所述飞翼式飞机的机身下表面至少包含一个所述压力传感器，机身上下两面的所述压力传感器中至少具有一组满足垂直分布，其中，多个所述压力传感器均嵌入所述飞翼式飞机的蒙皮中，与所述飞翼式飞机的蒙皮平滑共形；以及
解算装置，接收多个所述压力传感器的的压力信息，并将所述压力信息进行解算以获得大气参数。
2.如权利要求1所述的用于飞翼式飞机的高可靠性全嵌入式大气数据系统，其特征在于，所述压力传感器还具备防冰、排水、自检测的功能。
3.如权利要求1所述的用于飞翼式飞机的高可靠性全嵌入式大气数据系统，其特征在于，所述大气参数包括静压、总压、马赫数、攻角、侧滑角。
4.如权利要求1所述的用于飞翼式飞机的高可靠性全嵌入式大气数据系统，其特征在于，所述解算装置为多个所述压力传感器提供电源。
5.一种飞翼式飞机，其中，所述飞翼式飞机包括：
如权利要求1至4任一所述的全嵌入式大气数据系统；
飞行管理系统，所述飞行管理系统连接所述解算装置，用于根据所述解算装置解算的大气参数管理飞机的飞行；以及
数据管理系统，所述数据管理系统连接所述解算装置，用于记录和/或监控所述解算装置解算出的大气参数。
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