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大气数据计算机ADC概况

日期:2020-03-30 12:45
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摘要:大气数据计算机已经和我们在一起很多年了,而且越来越更重要的是,现在随着RVSM(*小垂直间距)任务期限的临近,再也没有比这更重要的了。传统的膜盒仪表气压高度计已经有几十年的历史了,对于一个机械装置来说,它是精度出奇的高航空仪表。然而,随着海拔的升高,这种航空仪表的精度会逐渐降低。这个量程误差就是他们不能满足今天严格的RVSM精度要求的原因。再往前看RVSM的历史,它*初是在20世纪50年代中期提出的,1973年又再次提出,但是时代被拒绝了。由于RVSM将于本月生效(注:2005年1月),它将提供六个新的飞行高度层,增加空域容量,*有可能每年节省数亿燃料消耗。电子式高度表与当前一代的大气数据计算机配合使用,可提供提高的和更**的系统。大气数据计算机在维护中变得非常重要。在这个我们称之为国家领空的要求越来越高的环境中,飞机的*佳性能系统。这些计算机使我们现在能够实际执行RVSM的任务以及向其他飞机系统提供附加信息。
大气数据计算机ADC概况


  

大气数据计算机已经和我们在一起很多年了,而且越来越更重要的是,现在随着RVSM(*小垂直间距)任务期限的临近,再也没有比这更重要的了。传统的膜盒仪表气压高度计已经有几十年的历史了,对于一个机械装置来说,它是精度出奇的高航空仪表。然而,随着海拔的升高,这种航空仪表的精度会逐渐降低。这个量程误差就是他们不能满足今天严格的RVSM精度要求的原因。再往前看RVSM的历史,它*初是在20世纪50年代中期提出的,1973年又再次提出,但是时代被拒绝了。由于RVSM将于本月生效(注:2005年1月),它将提供六个新的飞行高度层,增加空域容量,*有可能每年节省数亿燃料消耗。电子式高度表与当前一代的大气数据计算机配合使用,可提供提高的和更**的系统。大气数据计算机在维护中变得非常重要。在这个我们称之为国家领空的要求越来越高的环境中,飞机的*佳性能系统。这些计算机使我们现在能够实际执行RVSM的任务以及向其他飞机系统提供附加信息。

大气数据计算机ADC概况:提出
*初,我们关心的主要大气数据传感器应用是自动驾驶仪的高度保持能力。这个“高度膜盒”,一个简单的盒子,就像一个高度计,连接到一个锁定螺线管上,当膜片随着高度改变时,这个螺线管允许产生一个错误信号。所有这些密封腔使用齿轮,凸轮,电位计和螺线管,当有命令时以保持给定的高度。在那些日子里,如果飞机保持在被认为是正常的+/-100英尺范围内,那么在不同的高度精度也会有所不同。这些机械传感航空仪表有时对我们所有人来说都是问题,因为在正常的日常维护过程中不能保持适当的压力率会导致应力消除甚至故障。让我们以空速指示器为例。我们发现,在执行任何全静态系统检查时保持空速“有效”是确保仪表完整性以及提供系统中所施加压差的视觉参考的唯壹方法。例如,Learjet中的几种类型的空速会倾向于将一个销落在空盒和双金属校准之间的内部当受到异常速率的影响时。这个销的错位会导致仪器读数高于120knots。这当然需要拆下空速以便重新安装销。

今天带有固态传感器的大气数据计算机与电子航空仪表或数字显示器集成,消除了这些机械问题。固态压力传感器与数字仪表要宽容得多。当前一代的空气数据计算机已经发展成为一个独立的放大器,提供多种功能和信息。
**代中央大气数据计算机(CADC)是在1967-1969年间由美国海军F14A Tomcat项目发展而来的。这台计算机采用石英压力传感器、20位模数转换器和美国设计的微处理器芯片组微系统。虽然这台计算机也被设计用来管理飞机的一些控制面,但它在当时是一项重大成就。

大气数据计算机ADC概况:高度传感器和空速传感器,高精度压力传感器
任何大气数据计算机的核心都是精密压力传感器本身。整个系统的精度是以压力传感器为基础的。使用的两种压力传感器是静压端口的优良传感器和动压端口的的差压传感器。有五种常用的压力传感器原理设计,它们是贴片应变计,沉积或离子注入硅压阻元件、硅压敏电容、硅谐振压力传感器石英谐振压力传感器。这些压力传感器只是一种机电装置,用于将流体压力值转换为通过高阻抗的电压。压阻式传感器采用全有源惠斯通电桥。施加的压力对膜片产生分布载荷,从而产生弯曲应力。这种应力产生与施加压力成比例的应变,从而导致电桥不平衡。通过电桥施加电压,不平衡产生毫伏输出。电容式被认为是*高的灵敏度高,老化效应小,提供非常**的低压传感。这种电容压敏传感技术通过电容元件上电压的变化来测量大气压力,其中一块板随着施加压力的变化而略微偏转。传感器的灵敏度定义为其电输出与机械输入之比,这些传感器非常**,但它们的校准曲线并不代表所施加的压力与其输出之间的直线(线性)关系,因此存在一些缺陷。大气数据计算机可以通过将校正曲线参数以查找表的形式存储在长久存储器中或放入闪存中来进行校正,例如用于在老化发生时重新写入曲线。此曲线对于掩盖非线性和获得*大精度至关重要。传感器性能的可预测性和可重复性,无论采用何种类型,都将对系统性能产生重大影响。控制传感器的温度将有助于确保这种一致的性能。为了了解所需的灵敏度,让我们来看看美国汽车工程师协会(SAE)对空气数据系统所要求的**度的定义。早期的SAE规范要求5000ft时的公差为+/-25ft(+/-0.012psi)。在50000ft时为+/-125ft(+/-0.010psi)。例如,Collins ADC-3000系统列出了一英尺的分辨率,并列出了在FL410时的+/-40ft精度,以保持RVSM包线公差。将传感器输出数字化的一种常用方法是允许它控制压控振荡器(VCO)。然后振荡器输出是一个数字值,所有其他计算都可以从这个数字值进行。现在更常见的技术是直接连接到微处理器的模拟到数字接口。微处理器可以监测和控制传感器的温度,以确保可预测的输出。

大气数据计算机ADC概况:大气数据功能
现代大气数据计算机及其相关航空仪表被用来测量一些关键的空气质量特性。计算机必须跟踪飞机爬升、下降、加速、减速时的压力变化,然后准确地预测例如自动驾驶仪的捕获点。地球大气中每单位面积空气的气压或力将随着离地面的距离单调减小。
计算机有三个关键的测量。所需的两个基本压力测量值是空速管(皮托管)处测得的冲击压力或动压(Qc)和静压口处测得的周围环境静态大气压力(Ps)。理想情况下,您希望未受干扰的动静压到达计算机,然而有些影响确实存在。以帮助减少这些影响,空速管皮托管)探头和静压口的位置和尺寸也非常重要。计算机必须能够在长时间的持续飞行中提供稳定和极其**的测量。气压高度是指29.92Hg的标准海平面气压。由于大气压随天气条件而局部变化,因此需要对测量压力进行局部校正。该气压修正或气压高度是指当地压力,在FL180以下使用。飞行员只需拨入高度表或显示控制面板上的本地压力,即可控制对测量压力高度的修正量。此校正以几种形式之一发送到大气数据计算机:模拟电压、同步格式或数字形式。必须考虑的*终测量结果以及影响许多计算的*终测量结果是大气温度。大气总温度(TAT)探头是一种方法,而简单的外部大气温度(OAT)探头是另一种方法。让我们看看大气总温法。大气总温探头(大气总温传感器)将冲击空气压缩至零速度,由此产生的温度会导致温度传感元件的电阻发生变化。然后,大气数据将此电阻转换为温度。大气总温探头TAT设计可分为两种类型:吸气式和非吸气式。大气温度用于校准冲击压力(动压Qc))和确定大气密度。大气密度会影响空气的力量。测得的温度将与0.65°C/100米的标准递减率不同,该值将根据位置和当地天气而上下变化。这三个测量提供下列计算的大气数据输出信号,这些信号提供主要和二级航空仪表:气压高度、气压修正高度、垂直速度(升降速度)、马赫数、大气总温、校准空速、真实空速、数字化气压高度(吉勒姆)、高度保持、空速保持、马赫保持和飞行控制增益调度。

大气数据计算机ADC概况:静压源和总压源系统误差修正

静压源误差修正(SSEC)通过对气压高度的修正,对大气数据系统的整体精度起着重要的作用。静源误差修正SSEC的目的是产生*小的残余静态系统误差。所有的飞机静态系统都有一些误差,因为它是垂直穿过机身,包括在飞行中的飞机空气动力学效应引起的静压孔的缺陷。这种修正对于任何高性能和喷气式飞机都很重要。为了纠正这些误差,需要在大气数据计算机中进行某些校准。特定飞机的飞行手册性能部分将有一个表格或图表,显示该机身测高的实际修正。由机身制造商开发的该信息可由大气数据制造商在存储器中预先编程,并使用识别特定机身的程序带进行选择。程序模块是用于实现此修正的另一种格式。由于静压孔周围的流体动力学可能不同,当前的有效重量和攻角也可能影响SSEC。这是使飞机测高系统误差*小化的一个重要因素。我们应该记住,因为这是一个动态修正必须禁用,例如在符合高度表认证时。总压源误差修正(PSEC)也可以在一些机身上以类似的方式进行补偿。

空速测量
与测量高度一样,测量空速基本上是简单的,涉及测量冲击压力(动压,Qc)。指示空速(IAS)仅指总压减去静压。不过,还有其他几个因素值得关注。在处理冲击压力(Qc)时,我们还必须注意机身和皮托管(空速管)周围的大气的压缩性。飞机在空中飞行时大气质量的可压缩性也会产生阻力系数,因此必须知道大气温度,以解决特定压力下的热量问题。美国航天局有一份D-822技术说明,它显示了校准空速值与冲击压力(动压,Qc)的关系,是一个很好的参考。飞机的空速指示器是在标准海平面条件下校准的,测得的空速是真实空速(TAS)。所有其他高度的净压力和密度都会发生偏差,因此大气数据计算机必须计算出它们的修正值,以保持这些高度的准确真实空速。真实空速是飞机在空中的实际空速或马赫数乘以音速。由于声速是静止大气温度(SAT)的函数,这里再次要求大气温度。如果高度上的空气质量相对稳定,那么实际空速也代表地面速度。真正的空速是任何导航系统选择的速度,已经成为一个必需的输入。GPS导航和飞行管理系统使用真实的空速来计算高空的风,从而使机组人员能够在更省油的高度飞行,也可以用于求解与地面坐标有关的方程。

通用名词
总压Pt:当地大气压力加上动压之和。在代数上,总压等于静态压力(Ps)加上冲击压力(动压,Qc)之和。
Pt=Ps+Qc
静压Ps:物体周围静止空气的优良压力;飞机飞行高度的大气压。
冲击压力(动压)Qc:一个计算值,它是总压Pt和静压Ps之间的差值。此压力是由飞机的向前运动产生的。

大气总温TAT:在不带走或增加热量的情况下测得的气流温度;冲击温度。
外部温度OAT:不受空速影响的静止大气温度。

结论
在过去的十年里,我们确实看到了驾驶舱内的机组人员需要获得更多的信息。全球定位系统GPS、飞行管理系统和更新的驾驶舱显示技术的发展,也要求原有系统的发展。例如,现有的ADC80系列计算机可以通过SB32和STC更新SSEC而符合RVSM。这种正常的增长也要求数据的集成远远超出我们大多数人20年前的设想。大气数据计算机执行至关重要的功能,以提高飞机的安全性、可靠性和性能。


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