CN111736238A - 大气数据测量装置和飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种大气数据测量装置，包括：管体，用于接收大气；传感器，用于测量大气以获取第一大气数据；控制模块，和传感器电连接，包括数字信号端口，用于根据第一大气数据得到第二大气数据，并经由数字信号端口传送所述第二大气数据；本体，和管体固定连接，用于固定控制模块；航空插头，用于将大气数据测量装置固定到外部设备上。本实施例提供的大气测量装置将引气功能和大气数据测量功能集成在一起，形成一体化产品。该产品使用远距离的数字信号传输代替现有的导气管引流，避免了气流远距离传输带来的测量误差，可以极大的提高测量精度，并且由电缆代替导气管可以极大的减少整个系统重量。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器领域，具体涉及一种大气数据测量装置和飞行器
背景技术
飞机飞行过程中的大气数据如气压高度、指示空速等是飞行员或飞机自动驾驶系统控制飞机安全飞行的重要参数。传统的大气数据测量系统有模拟式和数字式两种：模拟式大气数据测量系统是通过管体(也称皮托管、总静压受感器等)将飞机外部的大气引入气压高度表、空速表等模拟设备，通过静压或动压使气压高度表、空速表中的膜盒发生形变，从而带动相应的指针偏转指示气压高度和空速；数字式大气数据测量系统同样需要通过管体将飞机外部的大气引入大气数据计算机，通过大气数据计算机中内置的传感器测量大气的总压和静压，并通过总压和静压计算出气压高度、指示空速等参数发给显示设备或飞行控制系统。
当前无论是模拟式还是数字式大气数据测量系统，均需要通过管体感受外部大气环境，并且通过导气管路将外部大气引导至测量或指示设备，因此测量结果受管体路长度、气密性、气流阻滞等影响较大，在实际使用过程中往往需要对管体做严格要求和限制，对管体、管体、大气数据计算机或气压高度表、空速表的布置有严格的安装要求。
现有大气数据测量系统主要针对中小型有人驾驶飞机使用，对大气数据系统的测量精度要求不高，且大气数据的测量和显示设备往往布置在驾驶舱，管体路较短，因此现有大气数据测量系统满足中小型有人驾驶飞机的使用要求。但在中大型无人机上，飞控系统对大气数据测量精度要求较高，但中大型无人机的设备布置往往需要考虑设备重量分布、供电、安装空间等限制，管体与大气数据计算机距离一般较远，采用传统的大气数据测量系统，往往难以满足控制系统的使用要求。此外，中大型无人机为实现飞行的安全性和可靠性，需要独立测量多点的大气数据，传统的大气数据系统也难以满足多余度大气测量的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种大气数据测量装置，以解决现有大气数据测量系统的测量精度不足，以及整个系统受限于管路的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种大气数据测量装置，包括：
管体，用于接收大气；
传感器，用于测量大气以获取第一大气数据；
控制模块，和所述传感器电连接，包括数字信号端口，用于根据所述第一大气数据得到第二大气数据，并经由所述数字信号端口传送所述第二大气数据；
本体，和所述管体固定连接，用于固定所述控制模块；
航空插头，用于将所述大气数据测量装置固定到外部设备上。
在一些实施例中，所述控制模块还包括：电源模块，用于所述控制模块提供电能。
在一些实施例中，所述传感器设置在所述本体的内部。
在一些实施例中，所述管体和所述本体通过安装法兰固定连接，所述安装法兰上设置有和所述管体的出气口相对应的通孔，经由所述通孔，所述大气被输入给所述传感器。
在一些实施例中，所述传感器包括气压传感器和温度传感器。
在一些实施例中，所述气压传感器为单输入气压测量传感器或双输入气压测量传感器。
在一些实施例中，所述管体为直杆型或L型。
在一些实施例中，所述管体为两个同心圆管，外管同轴套设于内管外，所述传感器设置在所述内管和外管的末端。
在一些实施例中，所述数字信号端口为RS232、RS422和RS485接口之一。
在一些实施例中，所述第一大气数据包括：大气气压数据和大气温度数据，所述第二大气数据包括：空速、真空速、飞行速度,气压高度、马赫数、大气总温、大气静温。
第二方面，本发明实施例提供一种飞行器，包括：如权利要求1所述的大气数据测量装置和飞控系统，所述大气测量装置通过所述航空插头固定到所述飞行器上，并且通过所述数字信号端口将所述第二大气数据传输给所述飞控系统。
在一些实施例中，所述大气数据测量装置设置在所述飞行器的机头或机翼。
本实施例提供的大气测量装置将引气功能和大气数据测量功能集成在一起，形成一体化产品。该产品使用远距离的数字信号传输代替现有的导气管引流，避免了气流远距离传输带来的测量误差，可以极大的提高测量精度，并且由电缆代替导气管可以极大的减少整个系统重量。
附图说明
通过参照以下附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1所示是本发明一实施例的大气数据测量装置的立体示意图；
图2所示为本发明另一实施例的大气数据测量装置的立体示意图；
图3所示为现有的空速管的截面图。
附图标记
1.管体
2.安装法兰
3.电源模块
4.控制模块
5.传感器
6.航空插头
7.本体
8.通孔
10.总压管
20.静压管
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程没有详细叙述。另外附图不一定是按比例绘制的。
以下为本文中涉及到的术语解释。
总压：又称驻点压力，指气流速度等嫡滞止到零时的压力，是气流中静压与动压之和。
静压：静压是指物体在静止或者匀速直线运动时表面所受的压强。
动压：物体在流体中运动时，在正对流体运动的方向的表面，流体完全受阻，此处的流体速度为0，其动能转变为压力能，压力增大，其压力称为全受阻压力(简称全压或总压，用P表示)，它与未受扰动处的压力(即静压，用P静表示)之差，称为动压(用P动表示)。
图1所示是本发明一实施例的大气数据测量装置的立体示意图。
如图1所示的大气数据测量装置，包括管体1、安装法兰2、电源模块3、控制模块4、传感器5、航空插头6和本体7。
如图上所示，管体1和本体7通过安装法兰2固定到一起。安装法兰2可包括一个或以上的法兰盘。安装时，管体1和本体7先各自固定在一个法兰盘上，然后在两个法兰盘之间加上法兰垫，最后用螺栓将两个法兰盘拉紧使其紧密结合起来。管体1和本体7可为任何形状，例如图上所示的圆柱形。当然，管体1和本体7的组装方式不仅限于此。其他任何能够将管体1和本体7固定在一起的方式，均可以应用于本实施例。
进一步地，管体1内部具有贯穿的通孔，通孔的一端作为进气孔，另一端作为出气口。本体7内部则设置有控制模块4、传感器5。同时安装法兰2上也设置有通孔8，通孔8和管体1的出气口对应。经由通孔8，设置在本体7内部的传感器5感受到大气的冲击，通过传感器5测量得到大气数据。为了传感器5能够接收到更多的大气冲击，可将传感器5正对着并且尽可能靠近通孔8。当然，本实施例不限于此。传感器5也可设置于管体1的出气口附近，在出气孔附近感受到大气的冲击并测量得到大气数据。传感器5无论位于任何位置，均需要和控制模块4电连接，传感器5将测量得到的大气数据发送给控制模块4。控制模块4包括数字信号端口，其对大气数据进行进一步地加工处理，并经由数字信号端口输出加工处理后的大气数据并传送给外部系统。这里所述数字信号端口包括硬件实现部分例如端口实体，使得能够电缆插入到端口将大气数据测量装置和外部设备的控制系统电连接，也包括软件实现部分例如用于数字信号传输的协议和代码实现，因此，通过数字信号端口将加工后的大气数据以数字信号形式发送给外部设备的控制系统。此外，控制模块4和电源模块3电连接，电源模块3向控制模块4提供电能，以此保证控制系统的正常运行。
航空插头6用于将大气测量装置固定到任何需要测量大气数据的设备上，例如各类飞行器、气象设备、浮空器等，优选无人机，例如固定翼无人机、固定翼航模等。
当需要测量大气数据的设备带着上述大气数据测量装置向前飞行时，气流便由管体的进气孔进入到管体内，然后在传感器通过测量得到大气数据，并且该大气数据经由控制模块进一步地加工处理，经由数字信号端口输出，并传送给该设备。该设备据此调整飞行状态。
综上，本实施例提供的大气测量装置将引气功能和大气数据测量功能集成在一起，形成一体化产品。该产品使用远距离的数字信号传输代替现有的导气管引流，避免了气流远距离传输带来的测量误差，可以极大的提高测量精度，并且由电缆代替导气管可以极大的减少整个系统重量。
对于上述实施例中的控制模块4，本领域的技术人员可以将其理解为具有输入端口、输出端口和处理器的计算机。该计算机的输入端口用于接收传感器发送的大气数据，输出端口用于输出加工后的气压数据。由于该大气数据测量装置的传感器的类型和个数均未作限定，所以经由输入端口接收的大气数据可以是多种类型的数据。例如当传感器类型为气压传感器，包括单输入气压传感器和双输入气压传感器，则接收到的数据为大气气压数据；当传感器为大气温度传感器，则接收到的数据为大气温度数据，而且，大气数据既可以是模拟信号形式，也可以是数字信号传输到输入端口。但是输出端口是限定为数字信号端口，输出端口将加工后的大气数据输出给需要测量大气数据的设备的控制系统。输出端口例如可以为RS232、RS422和RS485。加工后的大气数据包括：空速、真空速、飞行速度,气压高度、马赫数、大气总温、大气静温。
图2所示为本发明另一实施例的大气数据测量装置的立体示意图。如图2所示的大气数据测量装置同样包括管体1、安装法兰2、电源模块3、控制模块4、传感器5、航空插头6和本体7。
如图上所示，管体1和本体7同样通过安装法兰2固定到一起。管体1和本体7可为任何形状，例如图上所示的L型。
管体1内部具有贯穿的通孔，通孔的一端作为进气孔，另一端作为出气口。本体7内部则设置有控制模块4、传感器5。同时安装法兰2上也设置有通孔8，通孔8和管体1的出气口对应。经由通孔8，设置在本体7内部的传感器5感受到大气的冲击，通过传感器5测量得到大气数据。传感器5和控制模块4电连接，传感器5将测量得到的大气数据发送给控制模块4。控制模块4包括数字信号端口，其对大气数据进行进一步地加工处理，并经由数字信号端口输出加工处理后的大气数据。控制模块4和电源模块3电连接，电源模块3向控制模块4提供电能，以此保证控制系统的正常运行。
航空插头6用于将大气测量装置固定到任何需要测量大气数据的设备上。
可见，图2的各个部件的功能和图1基本相同，其不同之处在于，在图1中管体1的形状为直杆型，在图2中管体1的形状L型。
应该指出，在上述实施例中，管体1和传感器4的组合可由一空速管代替。对应于上述实施例，则图1应采用直杆型的空速管，图2应采用L型的空速管。常用的空速管包括两个同心圆管和设置在圆管末端的传感器。两个同心圆管的外管同轴套设于内管外。如图3所示，内圆管10为总压管，外套管20为静压管。空速管测量飞机速度的原理是：当飞机向前飞行时，气流便冲进空速管，在管体附近的传感器感受到气流的冲击力量，即动压。飞机飞得越快，动压就越大。如果将空气静止时的压力即静压和动压相比就可以知道冲进来的空气有多快，也就是飞机飞得有多快。
通过集成现有的空速管和控制模块(例如处理器芯片)得到本发明实施例的大气数据测量装置时，有以下优势：由于空速管和控制模块4均为独立产品组件，各自可以独立拆卸和安装，从而可以极大的提高大气数据测量装置部署的灵活性，并且为升级提供便利。
本发明实施例还提供一种飞行器，包括：上述的大气数据测量装置和飞控系统，该大气测量装置通过航空插头固定到所述飞行器上，并且通过数字信号端口将加工后的大气数据传输给飞控系统。该大气数据测量装置的安装位置一定要在飞机外面气流较少受到飞机影响的区域，例如机头或机翼。同时为了保险起见，一架飞行器通常安装两个或以上的该大气数据测量装置。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大气数据测量装置，其特征在于，包括：
管体，用于接收大气；
传感器，用于测量大气以获取第一大气数据；
控制模块，和所述传感器电连接，包括数字信号端口，用于根据所述第一大气数据得到第二大气数据，并经由所述数字信号端口传送所述第二大气数据；
本体，和所述管体固定连接，用于固定所述控制模块；
航空插头，用于将所述大气数据测量装置固定到外部设备上。
2.根据权利要求1所述的大气数据测量装置，其特征在于，所述控制模块还包括：电源模块，用于为所述大气数据测量装置提供电能。
3.根据权利要求1所述的大气数据测量装置，其特征在于，所述传感器设置在所述本体的内部。
4.根据权利要求3所述的大气数据测量装置，其特征在于，所述管体为两个同心圆管，外管同轴套设于内管外，所述传感器设置在所述内管和外管的末端。
5.根据权利要求3所述的大气数据测量装置，其特征在于，所述管体和所述本体通过安装法兰连接，所述安装法兰上设置有和所述管体的出气口相对应的通孔，经由所述通孔，所述大气被输入给所述传感器。
6.根据权利要求1所述的大气数据测量装置，其特征在于，所述传感器包括气压传感器和温度传感器。
7.根据权利要求5所述的大气数据测量装置，其特征在于，所述第一大气数据包括：大气气压数据和大气温度数据，所述第二大气数据包括：空速、真空速、飞行速度,气压高度、马赫数、大气总温、大气静温。
8.根据权利要求1所述的大气数据测量装置，其特征在于，所述管体为直杆形或L形。
9.根据权利要求1所述的大气数据测量装置，其特征在于，所述数字信号端口为RS232、RS422和RS485接口之一。
10.一种飞行器，其特征在于，包括：如权利要求1所述的大气数据测量装置和飞控系统，所述大气测量装置通过所述航空插头固定到所述飞行器上，并且通过所述数字信号端口将所述第二大气数据传送给所述飞控系统。
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