CN113720527B - 一种试飞参数测试系统的压力测试单元现场校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种试飞参数测试系统的压力测试单元现场校准方法，属于压力校准领域。本发明针对现有的飞机压力测试单元校准局限于实验室校准，校准时需要拆卸被校准压力测试单元，校准周期长，影响飞机飞行试验的问题，提出了一种压力测试单元现场校准方法。该方法的主要特点为：现场原位校准；在校准时压力源不由外部提供，直接利用飞机正常工作时管道、容器等内部介质的压力变化；校准管理计算机保存的每个测量值和标准值都附带有时间戳和环境温度值，在标准值和测量值进行时间对准后，同步比较；通过采集不同飞行环境下的压力数据，可以实现多温度环境下的校准。作为现有实验室校准方式的有效补充方式，提高了飞行试验效率。

Description

一种试飞参数测试系统的压力测试单元现场校准方法

一、技术领域

本发明涉及压力校准领域。

二、背景技术

压力是试飞参数测试系统中一项非常重要的参数。在试飞参数测试系统中，由压力测试单元监测航空流体管道某个位置的压力值。压力测试单元主要由压力传感器和信号处理部分组成，保证其测量压力的准确性是保证飞机能够安全飞行的关键，因此对压力测试单元的校准是一项重要工作。传统的压力测试单元的校准方法存在以下一些问题：

(1)传统校准方法为实验室校准，需要将待校准压力测试单元中的压力传感器从工作位置上拆卸下来，然后根据规范要求在常规环境、常规传压介质开展压力校准工作；

(2)多次拆卸容易损坏压力传感器的安装接口；

(3)传统校准方法只将压力传感器拆卸进行校准，而不能对包括信号处理部分的整个压力测试单元进行校准；

(4)实验室校准周期长，将压力测试单元拆卸后，飞机长时间无法进行飞行试验工作。

基于以上问题，迫切需要改进校准方法，开展现场压力校准。

三、发明内容

一种试飞参数测试系统的压力测试单元现场校准方法，其包括以下步骤：

(1)将标准压力传感器安装连接到被校准压力测试单元所测量的压力发生回路中；标准压力传感器的精度等级高于被校准压力测试单元，校准采用现场原位校准的方式；若机上实际条件允许，则在被校准压力测试单元的压力测量点处安装三通接头，被校准压力测试单元与标准压力传感器分别安装在呈对位位置的两个接头处，此时两个接头位置的压力相等，为等压力点现场校准；若机上安装条件受限无法实现等压力点现场校准，则选择被校准压力测试单元的压力测量点附近的等直径管路，标准压力传感器安装在沿直回路方向且与被校准压力测试单元距离为L的位置，L表示标准压力传感器与被校准压力测试单元的距离，此时为非等压力点现场校准；

(2)校准管理计算机通过与试飞参数测试系统通信，获取m组被校准压力测试单元的测量值、测量值对应的时间戳和环境的温度值，即(Q₁，t_Q1，T_Q1)，(Q₂，t_Q2，T_Q2)，…，(Q_m，t_Qm，T_Qm)，其中m表示获取的测量值的总数，被校准压力测试单元的第i组测量值包括压力测量值Q_i、对应的测量时间戳t_Qi和环境的温度值T_Qi，i＝1，…，m，并将这m组测量值数据保存；

(3)校准管理计算机同时控制压力校准装置采集n组标准压力传感器测得的标准值，得到n组被校准压力测试单元所在位置的压力的标准值、标准值所对应的时间戳和环境的温度值，即(S₁，t_S1，T_S1)，(S₂，t_S2，T_S2)，…，(S_n，t_Sn，T_Sn)，其中n表示获取的标准值的总数，S_n表示第n组被校准压力测试单元所在位置的压力的标准值、t_Sn表示第n组标准值所对应的时间戳，T_Sn表示第n组标准值所对应的环境的温度值，并将这n组标准值数据保存；

(4)在所保存的环境温度值T_S1，T_S2，...，T_Sn中选择校准温度点T_C，并确定允许温度变化阈值ΔT_C，ΔT_C为T_C的10％；在保存的n组被校准压力测试单元所在位置的压力标准值数据和m组被校准压力测试单元测量值数据中，分别找出在(T_C-ΔT_C，T_C+ΔT_C)范围内的标准值与测量值；根据找出的标准值的最小值和最大值，均匀选取r组标准值，其中r表示选取的被校准压力测试单元所在位置的压力标准值的总数；在找出的被校准压力测试单元的测量值中，选取所对应时间戳与上述r组标准值所对应的时间戳分别相同或者最接近的r组测量值；对这r组标准值与测量值进行处理，获得校准结果。

在进行校准过程中压力源不由外部提供，而直接利用飞机正常工作时管道、容器内部介质的压力变化；标准值和测量值所附带的环境温度值分别由压力校准装置中的温度传感器和试飞参数测试系统的环境温度传感器测量获得；

校准管理计算机通过两种方式与测试系统通信获取被校准压力测试单元的测量值、测量值对应的时间戳和环境温度值，分别为以太网方式或脉冲编码调制方式。

对于非等压点现场校准情况，校准管理计算机得到标准压力传感器测得的标准值后需要修正才能作为被校准压力测试单元所在位置的压力的标准值，计算公式按下述公式(1)：

P_s＝P′_s-Δp (1)

式中：P_s——被校准压力测试单元所在位置的压力的标准值，单位为Pa；P′_s——标准压力传感器测得的标准值，单位为Pa；Δp——压差值，为正或负，单位为Pa；

通过测量压力发生回路的内直径和流体的流速，计算出流体的雷诺数Re，根据Re的取值，计算压差值Δp，计算公式按下述公式(2)：

式中：μ——流体的粘性参数，单位为Pa·s；L——标准压力传感器沿压力发生直回路方向与被校准压力测试单元的距离，单位为m；D——压力发生回路的内直径，单位为m；U——等截面上流体的平均流速，单位为m/s；g——重力加速度，单位为m/s²；f——摩擦系数，无量纲；

由标准压力传感器所在位置指向被校准压力测试单元所在的位置，当该指向与管路内流体的流动方向相同时，Δp取正值，否则Δp取负值；

校准管理计算机根据上述公式(1)、(2)获取被校准压力测试单元所处位置的压力的标准值S_j，j＝1，2，…，n，同时会为该被校准压力测试单元所处位置的压力的标准值附带时间戳t_Sj和校准环境的温度值T_Sj，并将数据保存。

所述步骤(4)中，在所保存的环境温度值T_S1，T_S2，...，T_Sn中选择k个校准温度点，即

其中k为正整数，且k不大于n，

表示第1，2，…，k个校准温度点的值；确定每个校准温度点允许的温度变化阈值

其中

表示第1，2…，k个校准温度点允许的温度变化阈值，其值分别为

的10％；定义

为第a个校准温度点，

为第a个校准温度点允许的温度变化阈值，其中a＝1，2，…，k；针对第a个校准温度点

在保存的m组被校准压力测试单元的测量值数据中找出温度在

范围的p_a组测量值数据，记为(W₁，t_W1，T_W1)，(W₂，t_W2，T_W2)，…，

其中p_a表示在第a个校准温度点温度范围的被校准压力测试单元测量值的总数，

表示第p_a个被校准压力测试单元的测量值、测量值所附带的时间戳和环境的温度值；在保存的n组被校准压力测试单元所在位置的压力标准值数据中找出在温度

范围的q_a组标准值数据，记为(Z₁，t_Z1，T_Z1)，(Z₂，t_Z2，TZ₂)，…，

其中q_a表示在第a个校准温度点温度范围的被校准压力测试单元所在位置的压力标准值的总数，

表示第q_a个被校准压力测试单元所在位置的压力标准值、标准值所附带的时间戳和环境的温度值；在获取的q_a组标准值数据中根据标准值的最小值和最大值，均匀选取r_a组数据，即(X₁，t_X1，T_X1)，(X₂，t_X2，T_X2)，…，

其中r_a表示在第a个校准温度点温度范围均匀选取的被校准压力测试单元所在位置的压力标准值的总数，

表示均匀选取的第r_a个被校准压力测试单元所在位置的压力标准值、标准值所附带的时间戳和环境的温度值；相对应的，在获取的p_a组被校准压力测试单元测量值数据中，选取r_a组所对应时间戳与t_X1，t_X2，...，

分别相等或最接近的测量值，即(Y₁，t_Y1，T_Y1)，(Y₂，t_Y2，T_Y2)，…，

其中

表示选取的第r_a组被校准压力测试单元的测量值、测量值所附带的时间戳和环境的温度值；将这r_a组被校准压力测试单元所在位置的压力的标准值与被校准压力测试单元的测量值作为在

温度范围最终的校准数据；

所述步骤(4)中，在获取(T_C-ΔT_C，T_C+ΔT_C)温度范围的r组标准值与测量值后，得出被校准压力测试单元在该温度范围的线性度、灵敏度；针对r组标准值与测量值，求出r组被校准压力测试单元的相对误差，进而求得被校准压力测试单元的平均相对误差；通过对线性度、灵敏度的分析，结合得出的平均相对误差，判断被校准压力测试单元是否能够正常工作，最后将校准数据和数据的处理结果填入校准报告，完成校准。

四、附图说明

图1是本发明提供的一种等压力点现场校准示意图。

图2是本发明提供的一种非等压力点现场校准示意图。

图3是本发明提供的一种压力测试单元现场校准方法流程图。

五、具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的具体实施方式进行详细的描述。

明确地，参照图3，本发明方法的具体实施步骤如下：

步骤S301，将标准压力传感器安装连接到被校准压力测试单元所测量的压力发生回路中；

本实施例的压力发生回路为等直径的直回路，回路外部空间狭小，机上安装条件受限，所以选择非等压力点现场校准。标准压力传感器安装在沿直回路方向且与被校准压力测试单元距离为L的位置。

步骤S302，获取m组被校准压力测试单元的测量值、测量值所对应的时间戳和环境的温度值，同时采集n组被校准压力测试单元所在位置的压力的标准值、标准值所对应的时间戳和环境的温度值，并将数据保存；

安装标准压力传感器完成后，利用飞机正常工作时压力发生回路内部介质的压力变化作为压力源。校准管理计算机选择通过以太网的方式与测试系统通信获取被校准压力测试单元的测量值、测量值所对应的时间戳和环境温度值，并将获取的这m组测量值数据保存。

本实施例，校准管理计算机在接收到标准压力传感器测得的标准值后，需要对其修正，得到被校准压力测试单元所在位置的压力的标准值。校准管理计算机获取压力发生回路中流体的流速v以及压力发生回路的内直径D，根据雷诺数计算公式计算出流体的雷诺数Re＜2000，所以压差值Δp的计算公式为：

式中：Δp——压差值，为正或负，单位为Pa；μ——流体粘性参数，单位为Pa·s；L——标准压力传感器沿压力发生直回路方向与被校准压力测试单元的距离，单位为m；D——压力发生回路的内直径，单位为m；U——等截面上流体的平均流速，单位为m/s；

本实施例中，由标准压力传感器所在位置指向被校准压力测试单元所在的位置，其指向与管路内流体的流动方向相反，所以Δp取负值。

校准管理计算机计算出压差值Δp，并按下述公式得到被校准压力测试单元所在位置的压力的标准值：

P_S＝P′_S-Δp

式中：P_s——被校准压力测试单元所在位置的压力的标准值，单位为Pa；P′_s——标准压力传感器测得的标准值，单位为Pa；

校准管理计算机在采集到标准压力传感器测得的标准值后，会将该标准值修正为被校准压力测试单元所在位置的压力的标准值，同时获得该标准值所对应的时间戳和环境温度值，最后将采集到的n组标准值数据保存。

步骤S303，在所保存的n组标准值所对应的环境温度值中选择校准温度点，并确定允许温度变化阈值，在保存的n组标准数据和m组测量数据中，分别找出在该温度范围的标准值和测量值；

采集数据完成后，即可对采集的数据进行处理。首先在所保存的标准值所对应的环境温度值中，选择1个校准温度点，即

计算机针对选择的校准温度点，确定允许温度变化的阈值

在保存的m组测量值数据中找出温度范围在(22.5℃，27.5℃)的测量值数据共10组，按测量值从小到大的顺序排列为(Q₁，t_Q1，T_Q1)，(Q₂，t_Q2，T_Q2)，…，(Q₁₀，t_Q10，T_Q10)；计算机在保存的n组标准值数据中找出在相同温度范围的标准值数据共9组，按标准值从小到大的顺序排列为(S₁，t_S1，T_S1)，(S₂，t_S2，T_S2)，…，(S₉，t_S9，T_S9)。

步骤S304，根据找出的标准值的最小值和最大值，先均匀选取r组标准值，然后在找出的测量值中，选取所对应的时间戳与上述r组标准值所对应的时间戳分别相同或者最接近的r组测量值，对这r组标准值和测量值进行处理，完成校准；

计算机在获取的9组标准值数据中根据标准值的最小值S₁和最大值S₉，均匀选取5组数据，即(S₁，t_S1，T_S1)，(S₃，t_S3，T_S3)，(S₅，t_S5，T_S5)，(S₇，t_S7，T_S7)，(S₉，t_S9，T_S9)，相对应的，在获取的10组测量值数据中，寻找5组所对应时间戳与t_S1，t_S3，t_S5，t_S7，t_S9分别相等或最接近的测量值，即(Q₁，t_Q1，T_Q1)，(Q₄，t_Q4，T_Q4)，(Q₅，t_Q5，T_Q5)，(Q₇，t_Q7，T_Q7)，(Q₁₀，t_Q10，T_Q10)；最后将这5组标准值与测量值作如下处理：

(1)计算被校准压力测试单元的线性度、灵敏度；

(2)计算被校准压力测试单元在(22.5℃，27.5℃)温度范围的5组相对误差，并求取5组相对误差的平均值，得到被校准压力测试单元在该温度范围的平均相对误差。通过对比被校准压力测试单元在该温度范围所允许的相对误差，得出被校准压力测试单元是否能够正常工作，最后将校准数据填入校准报告完成校准。

上面结合附图对本发明的实施例进行了详细描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出其他相似的形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种试飞参数测试系统的压力测试单元现场校准方法，其包括以下步骤：

(1)将标准压力传感器安装连接到被校准压力测试单元所测量的压力发生回路中；标准压力传感器的精度等级高于被校准压力测试单元；校准采用现场原位校准的方式；若机上安装条件受限无法实现等压力点现场校准，则选择被校准压力测试单元的压力测量点附近的等直径管路，标准压力传感器安装在沿直回路方向且与被校准压力测试单元距离为L的位置，L表示标准压力传感器与被校准压力测试单元的距离，此时为非等压力点现场校准；

(2)校准管理计算机通过与试飞参数测试系统通信，获取m组被校准压力测试单元的测量值、测量值对应的时间戳和环境的温度值，即(Q₁,t_Q1,T_Q1),(Q₂,t_Q2,T_Q2),…,(Q_m,t_Qm,T_Qm),其中m表示获取的测量值的总数，被校准压力测试单元的第i组测量值包括压力测量值Q_i、对应的测量时间戳t_Qi和环境的温度值T_Qi，i＝1,…,m，并将m组测量值数据保存；

(3)校准管理计算机同时控制压力校准装置采集n组标准压力传感器测得的标准值，得到n组被校准压力测试单元所在位置的压力的标准值、标准值所对应的时间戳和环境的温度值，即(S₁,t_S1,T_S1),(S₂,t_S2,T_S2),…,(S_n,t_Sn,T_Sn),其中n表示获取的标准值的总数，S_n表示第n组被校准压力测试单元所在位置的压力的标准值、t_Sn表示第n组标准值所对应的时间戳，T_Sn表示第n组标准值所对应的环境的温度值，并将n组标准值数据保存；

(4)在所保存的环境温度值T_S1,T_S2,…,T_Sn中选择校准温度点T_C，并确定允许温度变化阈值ΔT_C，ΔT_C为T_C的10％；在保存的n组被校准压力测试单元所在位置的压力标准值数据和m组被校准压力测试单元测量值数据中，分别找出在(T_C-ΔT_C,T_C+ΔT_C)范围内的标准值与测量值；根据找出的标准值的最小值和最大值，均匀选取r组标准值，其中r表示选取的被校准压力测试单元所在位置的压力标准值的总数；在找出的被校准压力测试单元的测量值中，选取所对应时间戳与上述r组标准值所对应的时间戳分别相同或者最接近的r组测量值；对这r组标准值与测量值进行处理，获得校准结果；

针对r组标准值与测量值，求出r组被校准压力测试单元的相对误差，进而求得被校准压力测试单元的平均相对误差；通过对线性度、灵敏度的分析，结合得出的平均相对误差，判断被校准压力测试单元是否能够正常工作，最后将校准数据和数据的处理结果填入校准报告，完成校准；

(5)对于非等压力点现场校准情况，校准管理计算机得到标准压力传感器测得的标准值后需要修正才能作为被校准压力测试单元所在位置的压力的标准值，计算公式按下述公式(1)：

P_s＝P′_s-Δp (1)

式中：P_s——被校准压力测试单元所在位置的压力的标准值，单位为Pa；P′_s——标准压力传感器测得的标准值，单位为Pa；Δp——压差值，为正或负，单位为Pa；

通过测量压力发生回路的内直径和流体的流速，计算出流体的雷诺数Re，根据Re的取值，计算压差值Δp，计算公式按下述公式(2)：

式中：μ——流体的粘性参数，单位为Pa·s；L——标准压力传感器沿压力发生直回路方向与被校准压力测试单元的距离，单位为m；D——压力发生回路的内直径，单位为m；U——等截面上流体的平均流速，单位为m/s；g——重力加速度，单位为m/s²；f——摩擦系数，无量纲；

由标准压力传感器所在位置指向被校准压力测试单元所在的位置，当该指向与管路内流体的流动方向相同时，Δp取正值，否则Δp取负值；

校准管理计算机根据上述公式(1)、(2)获取被校准压力测试单元所处位置的压力的标准值S_j，j＝1，2，…，n，同时会为该被校准压力测试单元所处位置的压力的标准值附带时间戳t_Sj和环境的温度值T_Sj，并将数据保存。

2.根据权利要求1所述的一种试飞参数测试系统的压力测试单元现场校准方法，其特征在于，在进行校准过程中压力源不由外部提供，而直接利用飞机正常工作时管道、容器内部介质的压力变化；标准值和测量值所附带的环境温度值分别由压力校准装置中的温度传感器和试飞参数测试系统的环境温度传感器测量获得；

校准管理计算机通过两种方式与试飞参数测试系统通信获取被校准压力测试单元的测量值、测量值对应的时间戳和环境温度值，分别为以太网方式或脉冲编码调制方式。

3.根据权利要求1所述的一种试飞参数测试系统的压力测试单元现场校准方法，其特征在于，所述步骤(4)中，在所保存的环境温度值T_S1，T_S2，...，T_Sn中选择k个校准温度点，即

其中k为正整数，且k不大于n，

表示第1，2，...，k个校准温度点的值；确定每个校准温度点允许的温度变化阈值

其中

表示第1，2，...，k个校准温度点允许的温度变化阈值，其值分别为

的10％；定义

为第a个校准温度点，

为第a个校准温度点允许的温度变化阈值，其中a＝1，2，...，k；针对第a个校准温度点

在保存的m组被校准压力测试单元的测量值数据中找出温度在

范围的p_a组测量值数据，记为(W₁，t_W1，T_W1)，(W₂，t_W2，T_W2)，…，

其中p_a表示在第a个校准温度点温度范围的被校准压力测试单元的测量值的总数，

表示第p_a个被校准压力测试单元的测量值、测量值所附带的时间戳和环境的温度值；在保存的n组被校准压力测试单元所在位置的压力标准值数据中找出在温度

范围的q_a组标准值数据，记为(Z₁，t_Z1，T_Z1)，(Z₂，t_Z2，T_Z2)，…，

其中q_a表示在第a个校准温度点温度范围的被校准压力测试单元所在位置的压力标准值的总数，

表示第q_a个被校准压力测试单元所在位置的压力标准值、标准值所附带的时间戳和环境的温度值；在获取的q_a组标准值数据中根据标准值的最小值和最大值，均匀选取r_a组数据，即(X₁，t_X1，T_X1)，(X₂，t_X2，T_X2)，…，

其中r_a表示在第a个校准温度点温度范围均匀选取的被校准压力测试单元所在位置的压力标准值的总数，

表示均匀选取的第r_a个被校准压力测试单元所在位置的压力标准值、标准值所附带的时间戳和环境的温度值；相对应的，在获取的p_a组被校准压力测试单元测量值数据中，选取r_a组所对应时间戳与

分别相等或最接近的测量值，即(Y₁，t_Y1，T_Y1)，(Y₂，t_Y2，T_Y2)，…，

其中

表示选取的第r_a组被校准压力测试单元的测量值、测量值所附带的时间戳和环境的温度值；将这r_a组被校准压力测试单元所在位置的压力的标准值与被校准压力测试单元的测量值作为在

温度范围最终的校准数据。

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