CN113624393A - 具有旋翼下洗流影响修正的大气数据系统及方法 - Google Patents

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Abstract

具有旋翼下洗流影响修正的大气数据系统，包括支臂、设置在支臂上的压差探头、设置在支臂上的静温传感器和设置在支臂上的随动探头，压差探头、静温传感器和随动探头分别连接到外部的处理模块；压差探头的侧面开设有若干个静压孔；随动探头包括随动空速管和转动部，随动空速管转动连接到转动部，转动部连接在支臂上。本方案将传统直升机大气数据系统中分离的总静压探头、静温传感器集成为一体化的大气数据系统，能提供攻角、侧滑角输出，系统综合化程度得到显著提高；随动探头具备实时跟随气流方向的能力，提高了探头总压、静压感受的准确性；并提供了一种大气数据修正方法，具有旋翼下洗流修正功能，提高大气数据系统的测量性能。

Description

具有旋翼下洗流影响修正的大气数据系统及方法
技术领域
本发明涉及大气数据领域，特别涉及一种具有旋翼下洗流影响修正的大气数据系统及方法。
背景技术
民用直升机大气数据系统是利用测量气压压力即总压和静压的原理，实时测量直升机的飞行高度、速度、总温/静温、攻角、侧滑角等参数的系统或设备，是影响直升机飞行安全和导航显示不可或缺的重要系统。大气数据系统失效将可能导致飞机失事，属直升机的安全关键设备，研制保证等级为DAL A级，即最高等级。因此，民用直升机大气数据系统大气参数的准确测量对直升机飞行安全至关重要。
民用直升机大气数据系统一般采用固定式总静压探头或总压、机身静压孔实现直升机总压、静压的感受，并根据采集的总压、静压完成气压高度、指示空速、马赫数、指示空速、真空速等解算，因此，总压、静压的准确感受及测量是保证大气数据系统测量精度的基础和前提。
传统直升机大气数据系统主要采用分离式固定式总静压探头、静温传感器、大气数据计算机构成，直升机由旋翼提供动力和升力，直升机在飞行时，旋翼下方会产生下洗气流。直升机由于其特殊气动特性，导致直升机低速飞行时布置在直升机机身上的大气数据探头必将受到直升机旋翼诱导气流的影响，而传统直升机大气数据系统未考虑旋翼下洗流影响，直接沿用固定翼飞机大气数据系统测量技术，存在先天技术缺陷，导致大气数据测量不准确，影响直升机的飞行安全。
发明内容
本发明的目的在于：提供了具有旋翼下洗流影响修正的大气数据系统，并基于大气数据系统提供了一种大气数据修正方法，能提供攻角和侧滑角输出，随动探头具备实时跟随气流方向的能力，提高了探头总压、静压感受的准确性，降低了探头不敏感角度范围，提高大气数据系统的测量性能，解决了上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
具有旋翼下洗流影响修正的大气数据系统，包括支臂、设置在支臂上的压差探头、设置在支臂上的静温传感器和设置在支臂上的随动探头，所述压差探头、静温传感器和随动探头分别连接到外部的处理模块；
所述压差探头的侧面开设有若干个测静压的静压孔；
所述随动探头包括随动空速管和转动部，所述随动空速管转动连接到转动部，所述转动部连接在支臂上。
为了更好地实现本方案，进一步地，所述随动探头基于三轴旋转结构或万向节旋转结构。
为了更好地实现本方案，进一步地，所述外部的处理模块安装在支臂内。
为了更好地实现本方案，进一步地，随动空速管沿水平方向转动角度范围为-180°~180°，随动空速管沿竖直方向的转动角度范围为-40°~40°。
为了更好地实现本方案，进一步地，所述静压孔沿压差探头的侧面圆周对称分布。
为了更好地实现本方案，进一步地，所述静压孔为4~6个。
具有旋翼下洗流影响修正的大气数据修正方法，基于上述任一项所述的大气数据系统，修正模型为：
Pt=Pti+△Pt，其中，Pt为真实总压，Pti为总压测量值，△Pt为旋翼下洗流影响下的总压修正值；
Ps=Psi+△Ps，其中，Ps为真实静压，Psi为静压测量值，△Ps为旋翼下洗流影响下的静压修正值；
ΔPt=F1[Pti,Psi,(Pu-Pd),(Pl-Pr)]，其中F1为根据压差探头左右压差和上下压差建立的总压修正函数，Pl-Pr为压差探头左右压差测量值，Pu-Pd为压差探头上下压差测量值；
ΔPs=F2[(Pti,Psi,(Pu-Pd),(Pl-Pr)]，其中F2为根据压差探头左右压差和上下压差建立的静压修正函数。
为了更好地实现本方案，进一步地，在压差探头的静压孔为6个时，修正模型中的ΔPt=F1[Pti,Psi, (P1-P4),(P2-P5),(P3-P6)]，△Ps=F2[Pti,Psi,(P1-P4),(P2-P5),(P3-P6)]，其中，P1-P4为压差探头静压孔Pk1与Pk4的压差测量值；P2-P5为压差探头静压孔Pk2与Pk5的压差测量值；P3-P6为压差探头静压孔Pk3与Pk6的压差测量值，Pk1、Pk2、Pk3、Pk4、Pk5、Pk6为依次分布的6个静压孔。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明所述的具有旋翼下洗流影响修正的大气数据系统，将传统直升机大气数据系统中分离的总静压探头、静温传感器集成为一个一体化的大气数据系统，并能提供攻角、侧滑角输出，系统综合化程度、可靠性、维护性、体积、重量等性能得到显著提高；
2.本发明所述的具有旋翼下洗流影响修正的大气数据系统，随动探头具备实时跟随气流方向的能力，提高了探头总压、静压感受的准确性，降低了探头不敏感角度范围；
3.本发明所述的具有旋翼下洗流影响修正的大气数据系统，并基于大气数据系统提供了一种大气数据修正方法，具有旋翼下洗流修正功能，提高大气数据系统的测量性能。
附图说明
为了更清楚地说明本技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：
图1是本发明的基于三轴旋转结构的大气数据系统结构示意图；
图2是本发明的基于三轴旋转结构的随动探头结构示意图；
图3是本发明的基于万向节旋转结构的大气数据系统结构示意图；
图4是本发明的基于万向节旋转结构的随动探头结构示意图；
图5是本发明的压差探头静压孔开6孔和4孔的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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；也可以是直接相连，也可以是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。
下面结合图1至图5对本发明作详细说明。
实施例1：
具有旋翼下洗流影响修正的大气数据系统，如图1或图3，包括支臂、设置在支臂上的压差探头、设置在支臂上的静温传感器和设置在支臂上的随动探头，所述压差探头、静温传感器和随动探头分别连接到外部的处理模块；
所述压差探头的侧面开设有若干个测静压的静压孔；
所述随动探头包括随动空速管和转动部，所述随动空速管转动连接到转动部，所述转动部连接在支臂上。
工作原理：本方案实现了总静压探头的转动，实现了总静压探头随动功能，使其总压测量口始终对准气流方向、静压静压孔垂直于合成气流，从而保证静压测量的准确性，同时，总压孔感受的始终为合成总压，完成合成总压与旋翼下洗流之间的关联。通过旋翼下洗流影响与合成总压、压差探头静压孔等压力变化规律，建立旋翼下洗流影响修正模型，实现旋翼下洗流影响修正功能。
实施例2：
本方案在实施例1的基础上，所述随动探头基于如图2所示的三轴旋转结构或如图4所示的万向节旋转结构。所述外部的处理模块安装在支臂内。
随动空速管沿水平方向转动角度范围为-180°~180°，随动空速管沿竖直方向的转动角度范围为-40°~40°。所述静压孔沿压差探头的侧面圆周对称分布。如图5所示，静压孔为4~6个。
工作原理：如图2所示的通过三轴旋转结构实现总静压探头的转动功能，通过随动探头上的风标气动力矩实现总静压探头随动功能，使其总压测量口始终对准气流方向、静压静压孔垂直于合成气流，从而保证静压测量的准确性，同时，总压孔感受的始终为合成总压，即含速压、旋翼下洗流形成的合成气流，完成合成总压与旋翼下洗流之间的关联。然后本实施例通过在压差探头上均匀开4个或6个静压孔，建立旋翼下洗流与静压孔压力变化的关联。通过旋翼下洗流影响与合成总压、压差探头静压孔等压力变化规律，建立旋翼下洗流影响修正模型，实现旋翼下洗流影响修正功能。
如图4所示的采用万向节旋转结构实现总静压探头的转动功能，通过随动探头上的风标气动力矩实现总静压探头随动功能，使其总压测量口始终对准气流方向、静压静压孔垂直于合成气流，从而保证静压测量的准确性，同时，总压孔感受的始终为合成总压，即含速压、旋翼下洗流形成的合成气流，完成合成总压与旋翼下洗流之间的关联。本实施例通过在探头直杆上均匀开4个或6个静压孔，建立旋翼下洗流与静压孔压力变化的关联。本实施例通过旋翼下洗流影响与合成总压、探头直杆静压孔等压力变化规律，建立旋翼下洗流影响修正模型，实现旋翼下洗流影响修正功能。
实施例3：
具有旋翼下洗流影响修正的大气数据修正方法，基于上述实施例1或2所述的大气数据系统，修正模型为：
Pt=Pti+△Pt，其中，Pt为真实总压，Pti为总压测量值，△Pt为旋翼下洗流影响下的总压修正值；
Ps=Psi+△Ps，其中，Ps为真实静压，Psi为静压测量值，△Ps为旋翼下洗流影响下的静压修正值；
ΔPt=F1[Pti,Psi,(Pu-Pd),(Pl-Pr)]，其中F1为根据压差探头左右压差和上下压差建立的总压修正函数，Pl-Pr为压差探头左右压差测量值，Pu-Pd为压差探头上下压差测量值；
ΔPs=F2[(Pti,Psi,(Pu-Pd),(Pl-Pr)]，其中F2为根据压差探头左右压差和上下压差建立的静压修正函数。
在本实施例中，通过对压差探头测量得到的左右压差测量值和上下压差测量值取平均值，，在真实总压中加入旋翼下洗流影响下的总压修正值，在真实静压中加入旋翼下洗流影响下的静压修正值，使得得到的大气数据具有旋翼下洗流修正功能，提高大气数据系统的测量性能。
实施例4：
本实施例是实施例3的进一步补充说明，在压差探头的静压孔为6个时，修正模型中的ΔPt=F1[Pti,Psi, (P1-P4),(P2-P5),(P3-P6)]，△Ps=F2[Pti,Psi,(P1-P4),(P2-P5),(P3-P6)]，其中，P1-P4为压差探头静压孔Pk1与Pk4的压差测量值；P2-P5为压差探头静压孔Pk2与Pk5的压差测量值；P3-P6为压差探头静压孔Pk3与Pk6的压差测量值，Pk1、Pk2、Pk3、Pk4、Pk5、Pk6为依次分布的6个静压孔。
本实施例的其他部分与上述实施例3相同，故不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.具有旋翼下洗流影响修正的大气数据系统，其特征在于：包括支臂、设置在支臂上的压差探头、设置在支臂上的静温传感器和设置在支臂上的随动探头，所述压差探头、静温传感器和随动探头分别连接到外部的处理模块；
所述压差探头的侧面开设有若干个测静压的静压孔；
所述随动探头包括随动空速管和转动部，所述随动空速管转动连接到转动部，所述转动部连接在支臂上。
2.根据权利要求1所述的具有旋翼下洗流影响修正的大气数据系统，其特征在于：所述随动探头基于三轴旋转结构或万向节旋转结构。
3.根据权利要求1所述的具有旋翼下洗流影响修正的大气数据系统，其特征在于：所述外部的处理模块安装在支臂内。
4.根据权利要求1所述的具有旋翼下洗流影响修正的大气数据系统，其特征在于：随动空速管沿水平方向转动角度范围为-180°~180°，随动空速管沿竖直方向的转动角度范围为-40°~40°。
5.根据权利要求1所述的具有旋翼下洗流影响修正的大气数据系统，其特征在于：所述静压孔沿压差探头的侧面圆周对称分布。
6.根据权利要求1所述的具有旋翼下洗流影响修正的大气数据系统，其特征在于：所述静压孔为4~6个。
7.具有旋翼下洗流影响修正的大气数据修正方法，其特征在于：基于权利要求1-5中任一项所述的大气数据系统，修正模型为：
Pt=Pti+△Pt，其中，Pt为真实总压，Pti为总压测量值，△Pt为旋翼下洗流影响下的总压修正值；
Ps=Psi+△Ps，其中，Ps为真实静压，Psi为静压测量值，△Ps为旋翼下洗流影响下的静压修正值；
ΔPt=F1[Pti,Psi,(Pu-Pd),(Pl-Pr)]，其中，F1为根据压差探头左右压差和上下压差建立的总压修正函数，Pl-Pr为压差探头左右压差测量值，Pu-Pd为压差探头上下压差测量值；
ΔPs=F2[(Pti,Psi,(Pu-Pd),(Pl-Pr)]，其中，F2为根据压差探头左右压差和上下压差建立的静压修正函数。
8.根据权利要求7所述的具有旋翼下洗流影响修正的大气数据修正方法，其特征在于：在压差探头的静压孔为6个时，修正模型中的ΔPt=F1[Pti,Psi, (P1-P4),(P2-P5),(P3-P6)]，△Ps=F2[Pti,Psi,(P1-P4),(P2-P5),(P3-P6)]，其中，P1-P4为压差探头静压孔Pk1与Pk4的压差测量值；P2-P5为压差探头静压孔Pk2与Pk5的压差测量值；P3-P6为压差探头静压孔Pk3与Pk6的压差测量值，Pk1、Pk2、Pk3、Pk4、Pk5、Pk6为依次分布的6个静压孔。
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