CN112067193B - 一种飞行器表面压力传感器测试装置及测试方法 - Google Patents

一种飞行器表面压力传感器测试装置及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种飞行器表面压力传感器测试装置及测试方法，包括：飞行器本体、压力传感器、机载遥测系统、地面遥测系统、地面测试系统、压力加载装置、标准气压计和秒表计时器。标准气压计测得环境大气压力；地面测试系统对飞行器本体进行加电，设置飞行器测试模式；地面遥测系统接收飞行器遥测数据，记录表面压力传感器测量值；判断测量数据是否正常；设定压力加载装置的额定压力输出值，对表面压力传感器进行加载实验，记录表面压力传感器加载初始时传感器测量值、加载结束时传感器测量值，使用秒表计时器记录加载时间，表面压力传感器进行故障诊断。本发明给出了传感器故障信息的初步诊断规则，可实现方便快速的表面压力传感器功能测试。

Description

一种飞行器表面压力传感器测试装置及测试方法
技术领域
本发明属于飞行器传感器测试技术领域，更具体地说，本发明涉及一种飞行器表面压力传感器测试装置及测试方法。
背景技术
在高超声速飞行试验中，大气环境数据是重要的试验参数。为了获得可靠的飞行器表面大气压力数据，需要在飞行器表面安装压力传感器。传感器的性能指标，直接影响大气数据测量值的可靠性。压力传感器安装结构的可靠性，直接影响飞行试验安全。
在现有的飞行试验中，压力传感器安装到飞行器上以后，传感器作为飞行器整体的一部分，没有适当的手段对传感器的可靠性进行验证。但是，传感器安装到飞行器上的过程中，由于加工工艺原因，可能存在部分传感器安装不到位；在产品出厂前，飞行器作为一个整体还需要完成振动、高低温等试验；在正式飞行试验前，还需要经过长距离的运输才能抵达靶场。因此，为了可靠的测量得到飞行过程中的大气压力数据，在正式飞行试验前需要采用适当的技术手段，验证表面压力传感器的工作状态。
本方法提供了一种系统化的飞行器表面压力传感器测试方法，并给出了传感器故障信息的初步诊断规则，可以实现方便快速的表面压力传感器功能测试。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种飞行器表面压力传感器测试装置，包括：
飞行器本体，其表面安装有表面压力传感器，飞行器本体内部安装有与表面压力传感器相接的机载遥测系统；
用于飞行器测试数据读取的地面遥测系统和用于飞行器测试控制的地面测试系统，所述地面测试系统与飞行器本体为线缆连接，地面遥测系统与所述机载遥测系统为无线通讯连接；
用于给表面压力传感器进行加载的压力加载装置，其可拆卸设备安装在所述飞行器本体表面；
用于测量环境大气压力的标准气压计和用于准确记录测试时间的秒表计时器。
一种飞行器表面压力传感器测试装置，其测试方法包括以下步骤：
步骤一、使用经过校准的标准气压计，测量得到环境的大气压力，作为当前环境大气压力的估计值；
步骤二、使用地面测试系统，对飞行器本体进行加电，并设置飞行器测试模式；
步骤三、地面遥测系统接收飞行器遥测数据，解算并记录每一个飞行器表面压力传感器测量值，以此获得全部所有飞行器表面压力传感器测量值，即获得了表面压力传感器静态测量值；采用统计学方法判断测量数据是否正常；
步骤四、设定压力加载装置的额定压力输出值，分别对每个表面压力传感器进行加载实验，记录地面遥测系统获得的单个表面压力传感器加载初始时传感器测量值、加载结束时传感器测量值，使用秒表计时器记录加载时间；通过获得的加载初始时传感器测量值、加载结束时传感器测量值和加载时间，对表面压力传感器进行故障诊断。
优选的是，其中，所述步骤三中采用统计学方法判断测量数据是否正常的具体方法包括：
计算全部表面压力传感器测量值的均值E(v)，计算公式为：
Figure BDA0002680787180000021
利用计算得到的均值E(v)，计算全部表面压力传感器测量值的标准差σ，计算公式为：
Figure BDA0002680787180000031
其中，vx是第x个表面压力传感器测量值，n是表面压力传感器数量；
根据统计学原理，将测量值与均值之差超过3σ的表面压力传感器列为异常表面压力传感器；将测量值与所述步骤一种测量得到的环境大气压值超过给定偏差的表面压力传感器列为异常表面压力传感器。
优选的是，其中，所述步骤四中对每个表面压力传感器进行加载实验的具体步骤包括：
步骤S41、对压力加载装置的管路进行吹除；
步骤S42、设定压力加载装置的额定压力值vset；
步骤S43、密封压力加载装置的可拆卸设备和表面压力传感器接触点；
步骤S44、通过压力加载装置对表面压力传感器进行加压；
步骤S45、记录初始加载时表面压力传感器测量值vb、加载结束时表面压力传感器测量值ve和加载时间t；
步骤S46、重复步骤S41～S45，完成全部表面压力传感器的加载测试。
优选的是，其中，所述步骤四中对表面压力传感器进行故障诊断的方法包括：
若初始加载时表面压力传感器测量值和加载结束时表面压力传感器测量值均在正常工作范围内，即：|vb-vset|＜ε且|ve-vset|＜ε，则判定表面压力传感器工作正常，其中ε是操作规程规定的有效差值；
若加载结束时表面压力传感器测量值大于初始加载时表面压力传感器测量值，即：vb＜ve，则说明表面压力传感器管路堵塞；
若初始加载时表面压力传感器测量值和加载结束时表面压力传感器测量值均在正常范围内，即：|ve-vset|＜ε，但是测试结束后，压力下降缓慢，则说明表面压力传感器堵塞；
若初始加载时表面压力传感器测量值显著低于压力加载装置设定值，即 vb＜＜vset，且加载结束时表面压力传感器测量值与步骤三中测量得到的静态测量值相近，即ve≈vx；或初始加载时表面压力传感器测量值与步骤一中测量得到环境压力值相近，即
Figure BDA0002680787180000032
或者加载时间t小于等于操作规程规定时间，且|ve-vset|＞ε，则说明表面压力传感器管路漏气，其中
Figure BDA0002680787180000041
是环境压力。
优选的是，其中，所述步骤三测量得到的表面压力传感器测量值，以连续采集压力数据的均值作为表面压力传感器静态测量值。
本发明至少包括以下有益效果：本发明公开了一种飞行器表面压力传感器的测试装置及方法，解决了飞行器整体组装以后，无法验证表面压力传感器及数据采集设备安装的正确性，无法验证飞行器存储、运输后表面压力传感器系统可靠性的问题。本发明方法实施使用了秒表计时器、标准大气压力计、压力加载装置、机载遥测装置、地面遥测系统及地测设备等，有效避免了测试过程中的人为影响因素，测试过程操作简单、数据清晰可靠、判定标准明确，显著提升了飞行器传感器系统的测试水平。本发明可以在飞行器总装完成以后，测试表面压力传感器的安装正确性；本发明可以在飞行器存储、长途运输后，测试表面压力传感器的可靠性；本发明可以在飞行器临射起飞前，作为最后一道关口，验证表面压力传感器数据的可靠性。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明提供的飞行器表面压力传感器测试装置结构示意图；
图2为本发明提供的压力加载测试流程图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示：本发明的一种飞行器表面压力传感器测试装置，包括：
飞行器本体1，其表面安装有表面压力传感器2，飞行器本体1内部安装有机载遥测系统8，所述机载遥测系统8与表面压力传感器2通过线缆连接；
用于飞行器测试数据读取的地面遥测系统5和用于飞行器测试控制的地面测试系统4；如图1所示，所述地面测试系统4与飞行器本体1为线缆连接，地面遥测系统5与机载遥测系统8为无线通讯连接，机载遥测系统8用于存储并向地面遥测系统5传输表面压力传感器2测量得到的压力数据；
用于给表面压力传感器进行加载的压力加载装置3，其可拆卸设备31安装在所述飞行器本体1表面；
用于测量环境大气压力的标准气压计6和用于准确记录测试时间的秒表计时器7。
以下实施例提供了一种飞行器表面压力传感器测试装置的测试方法，流程图如图2所示，包括以下步骤：
步骤一、使用经过校准的标准气压计6，测量得到环境的大气压力，取6 次间隔30秒共计3分钟大气压力的平均值，作为当前环境大气压力的估计值
Figure BDA0002680787180000051
步骤二、使用地面测试系统4，对飞行器本体1进行加电，并设置飞行器测试模式；
步骤三、地面遥测系统5接收飞行器遥测数据，解算并记录每一个飞行器表面压力传感器2测量值vx，以此获得全部所有飞行器表面压力传感器2 测量值，即获得了表面压力传感器2静态测量值；采用统计学方法计算得到全部表面压力传感器测量值的均值E(v)和标准差σ：
Figure BDA0002680787180000061
Figure BDA0002680787180000062
其中，vx是表面压力传感器测量值，n是表面压力传感器数量；
根据统计学原理，将测量值vx与均值E(v)之差超过3σ的表面压力传感器列为异常表面压力传感器；将测量值vx与所述步骤一中测量得到的环境压值
Figure BDA0002680787180000063
超过给定偏差(如50千帕)的表面压力传感器列为异常表面压力传感器。
步骤四、设定压力加载装置3的额定压力输出值200千帕，分别对每个表面压力传感器2进行加载实验，记录地面遥测系统5获得的单个表面压力传感器2加载初始时传感器测量值、加载结束时传感器测量值，使用秒表计时器7记录加载时间；通过获得的加载初始时传感器测量值、加载结束时传感器测量值和加载时间，对表面压力传感器进行故障诊断。
在上述技术方案中，所述步骤四中对每个表面压力传感器2进行加载实验的具体步骤包括：
步骤S41、对压力加载装置的管路进行吹除；
步骤S42、设定压力加载装置的额定压力值vset；
步骤S43、密封压力加载装置的可拆卸设备和表面压力传感器接触点；
步骤S44、通过压力加载装置对表面压力传感器进行加压；
步骤S45、记录初始加载时表面压力传感器测量值vb、加载结束时表面压力传感器测量值ve和加载时间t；
步骤S46、重复步骤S41～S45，完成全部表面压力传感器的加载测试。
在上述技术方案中，所述步骤四中对表面压力传感器进行故障诊断的方法包括：
若初始加载时表面压力传感器测量值和加载结束时表面压力传感器测量值均在正常工作范围内，即：|vb-vset|＜ε且|ve-vset|＜ε，则判定表面压力传感器工作正常，其中ε是操作规程规定的有效差值，可规定为20千帕；
若加载结束时表面压力传感器测量值大于初始加载时表面压力传感器测量值，即：vb＜ve，则说明表面压力传感器管路堵塞；
若初始加载时表面压力传感器测量值和加载结束时表面压力传感器测量值均在正常范围内，即：|ve-vset|＜ε，但是测试结束后，压力下降缓慢，则说明表面压力传感器堵塞；
若初始加载时表面压力传感器测量值显著低于压力加载装置设定值，即 vb＜＜vset，且加载结束时表面压力传感器测量值与步骤三中测量得到的静态测量值相近，即ve≈vx；或初始加载时表面压力传感器测量值与步骤一中测量得到环境压力值相近，即
Figure BDA0002680787180000071
或者加载时间t小于等于操作规程规定时间，且|ve-vset|＞ε，则说明表面压力传感器管路漏气，其中
Figure BDA0002680787180000072
是环境压力。
在上述技术方案中，所述步骤三测量得到的表面压力传感器测量值，以连续采集30s以上的数据的均值作为表面压力传感器静态测量值。
本发明提供的飞行器表面压力传感器测试装置及测试方法应用于：在飞行器总装测试、出厂测试、技术阵地测试时，实施加载测试；在飞行器发射阵地起飞发射前实施静态测试。在测试过程中，飞行器本体均保持静止，测试结束后从飞行器本体1上撤下压力加载装置3的可拆卸设备31，并断开飞行器本体1、机载遥测系统8与地面遥测系统5、地面测试系统4的连接。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (2)

1.一种飞行器表面压力传感器测试装置的测试方法，其特征在于，其基于的飞行器表面压力传感器测试装置包括：
飞行器本体，其表面安装有表面压力传感器，飞行器本体内部安装有与表面压力传感器相接的机载遥测系统；
用于飞行器测试数据读取的地面遥测系统和用于飞行器测试控制的地面测试系统，所述地面测试系统与飞行器本体为线缆连接，地面遥测系统与所述机载遥测系统为无线通讯连接；
用于给表面压力传感器进行加载的压力加载装置，其可拆卸设备安装在所述飞行器本体表面；
用于测量环境大气压力的标准气压计和用于准确记录测试时间的秒表计时器；
飞行器表面压力传感器测试装置的测试方法包括以下步骤：
步骤一、使用经过校准的标准气压计，测量得到环境的大气压力，作为当前环境大气压力的估计值；
步骤二、使用地面测试系统，对飞行器本体进行加电，并设置飞行器测试模式；
步骤三、地面遥测系统接收飞行器遥测数据，解算并记录每一个飞行器表面压力传感器测量值，以此获得全部所有飞行器表面压力传感器测量值，即获得了表面压力传感器静态测量值；采用统计学方法判断测量数据是否正常；
步骤四、设定压力加载装置的额定压力输出值，分别对每个表面压力传感器进行加载实验，记录地面遥测系统获得的单个表面压力传感器加载初始时传感器测量值、加载结束时传感器测量值，使用秒表计时器记录加载时间；通过获得的加载初始时传感器测量值、加载结束时传感器测量值和加载时间，对表面压力传感器进行故障诊断；
所述步骤三中采用统计学方法判断测量数据是否正常的具体方法包括：
计算全部表面压力传感器测量值的均值E(v)，计算公式为：
Figure FDA0003417991850000021
利用计算得到的均值E(v)，计算全部表面压力传感器测量值的标准差σ，计算公式为：
Figure FDA0003417991850000022
其中，vx是第x个表面压力传感器测量值，n是表面压力传感器数量；
根据统计学原理，将测量值与均值之差超过3σ的表面压力传感器列为异常表面压力传感器；将测量值与所述步骤一中测量得到的环境大气压值超过给定偏差的表面压力传感器列为异常表面压力传感器；
所述步骤四中对每个表面压力传感器进行加载实验的具体步骤包括：
步骤S41、对压力加载装置的管路进行吹除；
步骤S42、设定压力加载装置的额定压力值vset；
步骤S43、密封压力加载装置的可拆卸设备和表面压力传感器接触点；
步骤S44、通过压力加载装置对表面压力传感器进行加压；
步骤S45、记录初始加载时表面压力传感器测量值vb、加载结束时表面压力传感器测量值ve和加载时间t；
步骤S46、重复步骤S41～S45，完成全部表面压力传感器的加载测试；
所述步骤四中对表面压力传感器进行故障诊断的方法包括：
若初始加载时表面压力传感器测量值和加载结束时表面压力传感器测量值均在正常工作范围内，即：|vb-vset|＜ε且|ve-vset|＜ε，则判定表面压力传感器工作正常，其中ε是操作规程规定的有效差值；
若加载结束时表面压力传感器测量值大于初始加载时表面压力传感器测量值，即：vb＜ve，则说明表面压力传感器管路堵塞；
若初始加载时表面压力传感器测量值和加载结束时表面压力传感器测量值均在正常范围内，即：|ve-vset|＜ε，但是测试结束后，压力下降缓慢，则说明表面压力传感器堵塞；
若初始加载时表面压力传感器测量值显著低于压力加载装置设定值，即vb＜＜vset，且加载结束时表面压力传感器测量值与步骤三中测量得到的静态测量值相近，即ve≈vx；或初始加载时表面压力传感器测量值与步骤一中测量得到环境压力值相近，即
Figure FDA0003417991850000031
或者加载时间t小于等于操作规程规定时间，且|ve-vset|＞ε，则说明表面压力传感器管路漏气，其中
Figure FDA0003417991850000032
是环境压力。
2.如权利要求1所述的飞行器表面压力传感器测试装置的测试方法，其特征在于，所述步骤三测量得到的表面压力传感器测量值，以连续采集压力数据的均值作为表面压力传感器静态测量值。
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