CN111157759B - 一种固定压差式攻角传感器及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机载大气数据探测技术，具体涉及一种固定压差式攻角传感器及使用方法。本发明为直杆型，在固定压差式攻角传感器头部设计合适的受感型面、总压孔和攻角压力孔，通过感受到的总压和攻角压力的压力差建立数学模型进行攻角解算，传感器在测量攻角的同时可以进行总压、静压的感受，实现高度、速度相关参数的解算，且具有防冰除冰、防尘防水的功能。本发明具备综合化程度高、测量精度高、小型化、制造工艺简单、气动一致性良好、合格率高、制造周期短的优点，更适合于飞机的综合化、智能化、低成本使用需求。

Description

一种固定压差式攻角传感器及使用方法
技术领域
本发明属于机载大气数据探测技术，具体涉及一种固定压差式攻角传感器及使用方法。
背景技术
目前机载攻角测量设备为旋转风标式攻角传感器和通过上、下攻角压力孔的压力差和总压建立数学模型测量攻角的L形压差式攻角传感器。风标式攻角传感器是利用高速气流对风标的夹持作用使其始终对准气流方向而测量攻角。由于转动机构的存在，攻角传感器的可靠性较低；L形压差式攻角传感器气路多、制造成本高，无法满足低成本飞机研制要求。
发明内容
本发明的目的是：提供一种能够通过总压和单攻角孔压力建立数学模型实现总压、攻角测量的直杆型固定压差式传感器，该传感器还可同时实现静压的测量，具有防冰除冰、防尘防水功能。
技术方案
一种固定压差式攻角传感器，由锥面头部1、管体2、总压腔3、静压腔4、攻角腔5、防冰除冰加热器6、气水分离器7、总压孔8、攻角压力孔9、静压孔10组成；所述管体2内设置三个分别相互气密的总压腔3、静压腔4、攻角腔5，防冰除冰加热器6贯穿于锥面头部1和管体2；气水分离器7设置在管体2前端的总压腔3内，所述锥面头部1设置在所述固定压差式攻角传感器的工作端，锥面头部1上下面不对称，上表面与管体2的中心线夹角为7°，下表面与中心线的夹角为27°，所述锥面头部1设有一个与竖直面夹角为8°的总压孔8，总压孔8的中心线与管体2中心线距离为3mm，所述锥面头部1的下锥面处设有一个攻角压力孔9，所述管体2上气水分离器7后设有静压孔10。
所述静压孔10的数量和角度根据所述固定压差式攻角传感器在飞机上的安装位置处静压源位置误差进行气动仿真获得。
所述总压腔3内，气水分离器7前端设置有漏水孔。
所述攻角腔5内，攻角压力孔9后端设置有漏水孔。
所述锥面头部1、管体2、总压腔3、静压腔4、攻角腔5、防冰除冰加热器6、气水分离器7通过焊接成为一个不可拆卸的整体。
所述锥面头部1和管体2为纯镍材料。
一种固定压差式攻角传感器的使用方法，所述方法具体为：
所述固定压差式攻角传感器在给定的飞行条件下，气流流过其表面会形成特定的压力分布；通过多次气动仿真在固定压差式攻角传感器的头部设计合适固定压差式攻角传感器安装位置处局部流场的锥面头部1、总压孔8和攻角压力孔9，最终得到固定压差式攻角传感器的攻角压力系数CPα，见图2，在攻角а(-10°～35°)范围内随着а的增大，CPα值单向增大，线性度良好，在相同马赫数下，只需要计算CPα即可得到对应的攻角а。
CPα计算公式为：CPα＝(Pt-Pα)/(Pt-Ps)
а计算公式为：а＝(Pt-Pα)/K(Pt-Ps)
其中：Pt：固定压差式攻角传感器测得的总压；Pα：固定压差式攻角传感器测得的攻角压力；Ps：固定压差式攻角传感器测得的静压；K:为灵敏度系数，是马赫数的函数。
通过固定压差式攻角传感器测量Pt、Ps和Pα后，可计算得出马赫数。
本发明的技术效果是：提供一种固定压差式传感器及使用方法，固定压差式攻角传感器头部设计合适固定压差式攻角传感器安装位置处局部流场的锥面头部1、总压孔8和攻角压力孔9，通过感受总压和攻角压力的压力差建立数学模型进行攻角解算，传感器在测量攻角的同时可以进行总压、静压的感受，实现高度、速度相关参数的解算，且具有防冰除冰、防尘防水的功能。本发明具备综合化程度高、测量精度高、小型化、制造工艺简单、气动一致性良好、合格率高、制造周期短的优点，更适合于飞机的综合化、智能化、低成本使用需求。
附图说明：
图1是本发明固定压差式攻角传感器结构示意图。
图2是本发明固定压差式攻角传感器攻角压力系数曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：
请参阅图1，本发明固定压差式攻角传感器整体为直杆型结构：由锥面头部1、管体2、总压腔3、静压腔4、攻角腔5、防冰除冰加热器6、气水分离器7、总压孔8、攻角压力孔9、静压孔10组成；所述管体2内设置三个分别相互气密的总压腔3、静压腔4、攻角腔5，防冰除冰加热器6贯穿于锥面头部1和管体2；气水分离器7设置在管体2前端的总压腔3内，所述锥面头部1设置在所述固定压差式攻角传感器的工作端，锥面头部1上下面不对称，上表面与管体2的中心线夹角为7°，下表面与中心线的夹角为27°，所述锥面头部1设有一个与竖直面夹角为8°的总压孔8，总压孔8的中心线与管体2中心线距离为3mm，所述锥面头部1的下锥面处设有一个攻角压力孔9，所述管体2上气水分离器7后设有静压孔10。
所述锥面头部1外形通过气动仿真获得，保证固定压差式攻角传感器的攻角感受精度。所述锥面头部1、管体2、总压腔3、静压腔4、攻角腔5、防冰除冰加热器6、气水分离器7通过真空钎焊焊接成为一个不可拆卸的整体。焊接后通过数控加工中心对外形进行加工，保证其可靠性及测压一致性，攻角感受精度和一致性精度均可达0.2°。
所述锥面头部1设有一个与竖直面夹角为8°的总压孔8，用于感受飞行器飞行时的总压；锥面头部1的下锥面处设有一个攻角压力孔9，通过攻角压力孔和总压的压力差建立数学模型来解算飞行器飞行时的攻角；管体2设有静压孔10，用于感受飞行器飞行时的静压；所述传感器内部设有三路互相气密的气压管路，其中一路与总压孔接通，一路与攻角压力孔接通，一路与静压孔接通，从而将气压信号传输到大气数据计算机的相应传感器中。
所述固定压差式攻角传感器总压腔3内部设置有防冰除冰加热器6，具有防冰除冰功能，所述锥面头部1、管体2材料为镍材，提高其导热性能。
所述管体设有静压孔10，用于感受飞行器飞行时的静压。所述静压孔10的数量和角度根据所述固定压差式攻角传感器在飞机上的安装位置进行气动仿真获得，保证静压位置误差满足要求。
总压腔3内设置气水分离器7及漏水孔，具有防尘防水功能。
攻角腔5内设置漏水孔，具有防水功能。
请参阅图2，在攻角а(-10°～35°)范围，攻角压力系数CPα与攻角а有良好的线性关系，通过软件解算和试飞数据修正可以满足攻角解算精度要求。对固定压差式攻角传感器进行风洞试验得到完整的指示马赫数、真实马赫数、真实攻角之间关系和攻角压力系数CPα、真实马赫数、真实攻角之间关系的数据表，找到攻角与攻角压力系数CPα、指示马赫数的数学模型，为大气数据计算机进行攻角解算提供依据。大气数据计算机结合风洞试验、试飞数据对理论的数学模型进行修正，完成攻角的解算。

Claims (7)

1.一种固定压差式攻角传感器的使用方法，其特征在于，包括固定压差式攻角传感器，固定压差式攻角传感器由锥面头部(1)、管体(2)、总压腔(3)、静压腔(4)、攻角腔(5)、防冰除冰加热器(6)、气水分离器(7)、总压孔(8)、攻角压力孔(9)、静压孔(10)组成；所述管体(2)内设置三个分别相互气密的总压腔(3)、静压腔(4)、攻角腔(5)，防冰除冰加热器(6)贯穿于锥面头部(1)和管体(2)；气水分离器(7)设置在管体(2)前端的总压腔(3)内，所述锥面头部(1)设置在所述固定压差式攻角传感器的工作端，锥面头部(1)上下面不对称，上表面与管体(2)的中心线夹角为7°，下表面与中心线的夹角为27°，所述锥面头部(1)设有一个与竖直面夹角为8°的总压孔(8)，总压孔(8)的中心线与管体(2)中心线距离为3mm，所述锥面头部(1)的下锥面处设有一个攻角压力孔(9)，所述管体(2)上气水分离器(7)后设有静压孔(10)；所述方法具体为：
固定压差式攻角传感器在给定的飞行条件下，气流流过其表面会形成特定的压力分布；通过多次气动仿真在固定压差式攻角传感器的头部设计合适固定压差式攻角传感器安装位置处局部流场的锥面头部(1)、总压孔(8)和攻角压力孔(9)，最终得到固定压差式攻角传感器的攻角压力系数CPα，在攻角а为-10°～35°范围内随着а的增大，CPα值单向增大，线性度良好，在相同马赫数下，只需要计算CPα即可得到对应的攻角а；
CPα计算公式为：CPα＝(Pt-Pα)/(Pt-Ps)
а计算公式为：а＝(Pt-Pα)/K(Pt-Ps)
其中：Pt：固定压差式攻角传感器测得的总压；Pα：固定压差式攻角传感器测得的攻角压力；Ps：固定压差式攻角传感器测得的静压；K:为灵敏度系数，是马赫数的函数。
2.根据权利要求1所述的一种固定压差式攻角传感器的使用方法，其特征在于：通过固定压差式攻角传感器测量Pt、Ps和Pα后，可计算得出马赫数。
3.根据权利要求1所述的一种固定压差式攻角传感器的使用方法，其特征在于：所述静压孔(10)的数量和角度根据所述固定压差式攻角传感器在飞机上的安装位置处静压源位置误差进行气动仿真获得。
4.根据权利要求1所述的一种固定压差式攻角传感器的使用方法，其特征在于：所述总压腔(3)内，气水分离器(7)前端设置有漏水孔。
5.根据权利要求1所述的一种固定压差式攻角传感器的使用方法，其特征在于：所述攻角腔(5)内，攻角压力孔(9)后端设置漏水孔。
6.根据权利要求1所述的一种固定压差式攻角传感器的使用方法，其特征在于：所述锥面头部(1)、管体(2)、总压腔(3)、静压腔(4)、攻角腔(5)、防冰除冰加热器(6)、气水分离器(7)通过焊接成为一个不可拆卸的整体。
7.根据权利要求1所述的一种固定压差式攻角传感器的使用方法，其特征在于：所述锥面头部(1)和管体(2)为纯镍材料。
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