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攻角传感器概述

日期:2020-05-27 08:42
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摘要:攻角是飞行器导航与控制的重要参数,其精度直接影响飞行质量和安全。大气数据系统的攻角传感器多位于飞行器外部,会对机体周围气流产生一定的扰动, 尤其当飞行器跨音速飞行时,激波的产生以及大气特性的突变引发气流的失稳和波动,导致攻角传感器测量的大气攻角出现剧烈抖动,攻角测量误差急剧增大,严重影响飞行器的飞行品质与安全。许多学者在分析传统大气数据系统攻角传感器的配置和校准特点基础.上,研究跨音速大气攻角的误差特性,进一步设计了基于改进BP神经网络的攻角补偿修正算法,以消除原始大气测量攻角的剧烈抖动。他们利用飞行实际数据对跨音速攻角补偿修正算法进行了仿真验证,算法可有效提高攻角测量的平稳性和精度。

攻角传感器概述

  

  

大气数据系统以突出在飞行器机体外的空速管为主要标志,主要由以下三大部分组成:
(1)基本大气参数传感器,如空速管、大气总温传感器、攻角传感器和侧滑角传感器等,可分别提供总压/静压、总温、攻角和侧滑角等信息; (2)参数解算大气数据计算机,用来实现大气参数的解算与误差修正和补偿; (3)显示装置和信号输出装置,为其它机载系统提供大气信息2。随着航空技术的不断积累和发展,传统大气数据系统及其测量技术已逐渐成熟。


飞行器相对于气流的速度方向和机翼弦线的夹角为攻角,也称为迎角(AOA),如图所示,它反映了机体与气流之间的相对运动关系。攻角与飞行器的升力和阻力紧密相连,飞行攻角小于临界攻角时,攻角越大,机体升力和阻力也越大;但当攻角大于临界攻角时,升力会随攻角增加而减小,阻力也急剧增大,此时飞行器将发生失速危险,甚至坠机,目前世界上多数飞行事故均由于攻角失控引起的失速所致。攻角是现代航空飞行器的关键飞行参数,广泛用于导航系统、飞行控制系统、火力控制系统、失速警告系统、座舱显示系统等,攻角信息的准确测量对飞行器的飞行质量和安全至关重要。


根据攻角测量方法的不同,攻角传感器可分为三种类型:旋转风标式攻角传感器、多孔压差式攻角传感器和零差压式攻角传感器。由于不同攻角传感器的外形结构和工作原理的差异,导致其具有不同的安装位置和应用特点。

飞行器飞行时,机体和机身的攻角传感器都会对周围流场产生干扰,由于空气扰动、激波干扰、机体结构振动等因素的影响,现实情况下难以实现对未受扰动流场内真实攻角的准确测量,攻角传感器只能测量安装位置处的局部攻角。真实攻角和局部攻角之间存在十分分复杂的非线性关系,且与多种飞行参数有关,-般需通过多次的风洞试验和飞行试验进行测定和修正。


攻角是现代航空飞行器重要的飞行参数,与飞行质量和安全休威相关。攻角是飞行器导航与控制的重要参数,其精度直接影响飞行质量和安全。大气数据系统的攻角传感器多位于飞行器外部,会对机体周围气流产生一定的扰动, 尤其当飞行器跨音速飞行时,激波的产生以及大气特性的突变引发气流的失稳和波动,导致攻角传感器测量的大气攻角出现剧烈抖动,攻角测量误差急剧增大,严重影响飞行器的飞行品质与安全。传统大气数据系统跨音速大气攻角抖动问题:飞行器在跨音速飞行时,周围气流特性受敫波影响发生突变,感受气流方向的攻角会出现锯齿状的剧烈抖动,攻角测量误差可达2~3度,这将影响飞行器的控制精度和飞行平稳性。许多学者在分析传统大气数据系统攻角传感器的配置和校准特点基础.上,研究跨音速大气攻角的误差特性,进一步设计了基于改进BP神经网络的攻角补偿修正算法,以消除原始大气测量攻角的剧烈抖动。他们利用飞行实际数据对跨音速攻角补偿修正算法进行了仿真验证,算法可有效提高攻角测量的平稳性和精度。


为了获取较准确的攻角信息,需对攻角传感器的原始测量攻角进行试飞校准。攻角传感器的试飞校准通常采用误差较小的机头风标式攻角传感器,并将其测得的风标攻角作为测试基准(称为“风标真攻角”),对机体其它位置和类型的攻角传感器测量值进行校准,获得相应的攻角补偿值。对攻角试飞数据进行分析和处理,可总结出攻角修正量和不同飞行参数间的近似规律,进而得到攻角修正的函数计算关系。在对攻角传感器校准后,可在实际飞行中对攻角信息
进行实时修正,提高攻角测量精度。

根据对攻角传感器的特点分析,目前飞行器上配置的攻角传感器都难以实现真实攻角的准确测量。在飞行器进行亚音速或超音速飞行时,由于固有的外界大气扰动、传感器安装位置和机械摩擦等因素影响,攻角必然存在一-定的测量误差; 当跨音速飞行时,激波引起大气跨音速/高超音速大气数据测量技术研究特性的突变,造成机体周围气流的强扰动,这势必会进一步影响攻角的测量精度。

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