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ADP5.5五孔空速管迎角侧滑角传感器系统

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简单介绍
瑞士史密泰克.伯格(Simtec Buergel AG, swiss-airdata)公司生产的ADP5.5五孔空速管迎角侧滑角传感器系统的架构比较简单,主要包括用来测量各种压力的半球形或圆锥五孔探头、安装在机身的传感器支撑部分以及连接探头和支撑部分的来接部分。五孔空速管迎角侧滑角传感器系统中若干气动管路贯穿探头、连接部分和支撑部分传导压力,差压传感器将压力信号转换为电信号,通过公式,计算出攻角(迎角)和侧滑角。五孔探头迎角传感器AOA和攻角传感器AOS的优点。 与传统的风标迎角传感器和侧滑角传感器相比,五孔探头空速管攻角侧滑角

ADP5.5五孔空速管迎角侧滑角传感器系统

的详细介绍

ADP5.5五孔空速管迎角侧滑角传感器系统

 


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1、ADP5.5五孔空速管迎角侧滑角传感器系统介绍


瑞士史密泰克.伯格(Simtec Buergel AG, swiss-airdata)公司生产的五孔空速管迎角侧滑角传感器系统比较简单,主要包括用来测量各种压力的半球形或圆锥五孔探头、安装在机身的传感器支撑部分以及连接探头和支撑部分的来接部分。若干气动管路贯穿探头、连接部分和支撑部分传导压力,差压传感器将压力信号转换为电信号,通过公式,计算出攻角(迎角)和侧滑角。

 2、ADP5.5空速管迎角侧滑角传感器系统优点
2.1、与传统的风标迎角传感器相比,五孔空速管测量迎角和攻角时没有内在摩擦和迟滞。风标式电位计都有内在的摩擦。在低空速的情况下,由于受到的推力很小,风标不能移动到正确的位置。在更高空速情况下,风标也存在相当大的迟滞。五孔空速管压差比迎角传感器和侧滑角传感器可以在非常低的空速下测量迎角和侧滑角。
2.2、五孔空速管压差比迎角传感器和侧滑角传感器上没有旋转机械结构,不会产生过冲。如果不衰减,风标式迎角传感器和侧滑角传感器需要一个稳定时间(衰减是不利因数,因为它增加了延迟)。相比风标型系统,五孔探头迎角传感器和侧滑角传感器以*小的延迟和没有过冲情况下,能够在非常低的空速下,测量气流的角度(迎角和侧滑角)。 以某公司为例,其迎角(攻角)风标传感器:115 节(200km/h)时,在100毫秒内,风标将从3.0°偏移量返回到航空零,并且*大过冲达0.5°”。因此,在粗略和动态空气中的风标会不断移动,并产生了一个额外的动态误差,且比静态误差更大。
2.3、五孔探头空速管迎角传感器和侧滑角传感器有非常小的延迟。部分空速管有低于20ms 的一个传输延迟(压力传感器的延迟远低于1 毫秒)。这包括计算机时间和传输时间。风标的延迟要高得多(参见上面,在高空速高于100ms 的延迟,在低空速高的延迟甚至更高)。

2.4、前支杆上风标的迎角传感器空气动力学动态校准是非常复杂的,需要大型的风洞。风标安装在支杆上会经历一个很复杂的气流,因为风标会受到在其前面的空速管探头影响。测试表明这种影响是不可忽略的,可以增加好几度的误差。此校准也是非常困难的。绝大部分支杆上的风标迎角传感器根本就没有进行空气动力学方面校准。

2.5五孔探头空速管上迎角传感器和侧滑角传感器,没有移动的部件。相比没有运动部件的系统,移动部件(风标)的可靠性是始终较低。


ADP5.5空速管迎角侧滑角传感器系统技术指标

概述

五孔探头空速管攻角侧滑角传感器系统为飞行器提供多种有价值的飞行参数,例如飞行高度(Hp)和速度(CASTAS),迎角(攻角,AOA),侧滑角(AOS,静压(Ps,动压(Qc,大气总温(TAT)和静温(OAT)。

许多螺旋桨飞机和无人机(UAVs)飞行速度比喷气式飞机小得多,这就需要特殊的压力和温度传感器,并采用电子器件来测量非常小的动压。小型飞机和无人机更易受阵风和尾流湍流影响,系统快速响应是非常重要的。

五孔探头空速管攻角侧滑角传感器系统可以安装在试验飞机、作战飞机或者无人机(UAVs)。测量到的数据被传送到小型飞机和无人机(UAV)机舱内嵌入式或便携式大气数据计算机(ADC)或飞行控制计算机(FCC)进行实时评估或后期处理。


ADP5.5空速管显著特点

l  独立智能的系统,包含5孔探头空速管及实时测量计算机(RTMC

l  测量静压(Ps,动压(Qc,迎角(AOA,侧滑角(AOS)和大气总温(TAT

l  输出完全校准和风洞修正后大气数据参数

l  空速管内嵌传感器,减少压力迟滞,快速响应

l  控制加热器功率,确保*低功耗和安全操作

l  结构紧凑,尺寸小,质量轻、坚固耐用

l  高精度,高性价比


ADP5.5空速管空速测量

五孔探头空速管攻角侧滑角传感器系统的空速测量如图4,图5所示,空速是由全压孔测得的全压值Pt,与静压孔测得的静压值Ps之间的差压值,这个差压值又叫动压(Qc),他们之间的关系为:Qc(动压)=Pt(全压)-Ps(静压)。空速动压通过一个高精度的差压传感器直接获取其差压值,空速管内部有信号调理和控制电路板,差压传感器得到的压力信号经过该电路板进行信号调理,转换成数字信号,压力信号通过电路板上的RS485接口发送到大气机上,大气机通过运算即得出校准空速CAS等相关信息。

ADP5.5空速管高度测量

五孔探头空速管攻角侧滑角传感器系统24个静压孔圆周均匀分布于空速管管壁上,这样分布可以提高测量精度,从静压孔中流入的气压分成两路,其中一路是连接到Qc传感器计算空速,另外一路静压孔流入的气压测量海拔高度,该路气压通过一个高精度的绝压传感器进行压力信号转换,压力信号经过空速管内置的信号调理和控制电路板转换成数字信号并经过RS485接口发送到大气机上,大气机通过运算即得出海拔高度Hp

ADP5.5空速管攻角AOA测量

五孔探头空速管攻角侧滑角传感器系统攻角测量是通过上下2个孔所采集的差压来测量攻角大小,关于攻角的正、负值如下所示:

1)当Pα+Pα+时,此时得到的是正攻角;

2)当Pα+Pα-时,此时得到的是负攻角;

攻角的计算除了需要攻角测量孔Pα+Pα-所得的差压外,还与空速动压Qc值,空速管的气动系数,修正参数等有关系。

ADP5.5空速管侧滑角AOS测量

五孔探头空速管攻角侧滑角传感器系统侧滑角测量与攻角测量原理一样,通过左右2个孔所采集的差压来测量侧滑角角大小,关于侧滑角角的正、负值如下所示:

1)当Pβ+Pβ-时,此时得到的是正侧滑角;

2)当Pβ+Pβ-时,此时得到的是负侧滑角;

侧滑角的计算除了需要左右两个测量孔Pβ+Pβ-所得的差压外,也与空速动压Qc值,空速管的气动系数,修正参数等有关系。


ADP5.5空速管迎角侧滑角传感器系统原理的优势

五孔探头空速管攻角侧滑角传感器系统测量AOAAOS采用差压原理计算得到,其测量部件都是采用电子器件,无机械测量部件,因此与传统的风标AOA/AOS传感器相比,五孔测量没有摩擦和迟滞,而且可靠性高。风标每个电位计都有内在的摩擦。在低空速的情况下,风标上的压力很小,不能移动到正确的位置。甚至在更高空速,风标也存在相当的迟滞。而五孔空速管可以在非常低的空速下工作。由于上述原因,多数风标仅在工作以上 40-60 节(70-105km/h空速下工作。


ADP5.5五孔探头空速管攻角侧滑角传感器系统输出参数:

基本输出数据

l  静压值(Ps,修正和校准)

l  动压值(Qc,修正和校准)

l  迎角(AOA

l  侧滑角(AOS

l  大气总温(TAT

计算出的大气数据参数

l  气压高度(Hp

l  校准空速(CAS

l  真空速(TAS

l  马赫数(M

l  大气静温(SAT


ADP5.5空速管迎角侧滑角传感器系统工作原理

下面几个步骤描述了AAA.5空速管系统工作原理:

1、气流通过五孔探头,并被内置的压力传感器感知。

2、同时气流的温度被内置温度传感器感知。

3、传感器的输出信号被放大,并通过微处理器进行模/数(20A/D)转换。

4、通过RS-485接口,数字量的大气数据,被传送到实时测量计算机(RTMC

5、实时测量计算机(RTMC)执行传感器的校准和空气动力学修正。然后嵌入式的微处理器基于传感器的数据计算出各种大气数据参数,例如高度、空速等。

6. 通过RS-485接口,大气数据被传输出去,作进一步处理。(ARINC 429CANaerospace 可选)


ADP5.5空速管迎角侧滑角传感器系统优势:

l  5孔空速管系统利用多孔探头技术,它能具有以下重要的优势:

l  在不同攻角和侧滑角下,内在修正动压(Qc)和静压(Ps)值。

l  为了得到高精度和更快的频率响应,传感器和传感器数字化的电子部件直接集成在多孔探头内,这样把探头的长度减到zui小。

l  5孔空速管传感器和传感器的电子部件能够适应飞行器的飞行适用范围。


ADP5.5五孔空速管迎角侧滑角传感器系统工作范围

参数

量程

举例

备注

静压(Ps

238hPa~1080hPa

-540m~+10600m


可提供其他范围

动压(Qc

<350KCAS(648km/h)

根据机型确定

0~30m/s

在风洞里只校准到0.6马赫数

攻角(AOA

±25 ±30

±30

大空速下,AOA范围要减小

侧滑角(AOS

±25 ±30

±30

大空速下,AOS范围要减小


ADP5.5五孔空速管迎角侧滑角传感器系统性能指标

五孔探头空速管攻角侧滑角传感器系统的传感器和电子部件适应飞行器的操作范围,能够达到zui高的精度。在特定的工作范围内,低于10m/s以下参数是有效的。

参数

量程

精度(包含传感器,转换及空气动力学精度)

备注

静压(Ps

238hPa~1050hPa

-540m~+10600m

<0.2%FS

(传感器仅为0.05%FS)

参见备注1

动压(Qc

0~245hPa

<0.5%FS

(传感器仅仅0.1%FS)

参见备注2

攻角(AOA

±25º

<±0.5@30m/s

<±0.3@0m/s

(传感器仅为0.1%FS)

参见备注2

侧滑角(AOS

±25º

备注:

1、精度包括在大攻角和侧滑角的时的空气动力学误差,传感器误差和转换误差

2、在-35~+55内,对传感器进行了校准精度可以得到保证。在-40~+71内精度有所下降。

3、在高速的情况下,AOAAOS的角度范围将减少。(参见下面的图表)

4AOAAOS角度误差绝大部分是偏置误差,利用维护软件,在零空速下,这种误差可以很容易地重新被校准。


ADP5.5五孔空速管迎角侧滑角传感器系统数据速率,分辨率、延迟及带宽

特性

备注

数据速率

100Hz


分辨率

20

ADC中,所有的计算是32位,*终的数据协议可以增加或减少分辨率。

传输延迟

<25ms

包括管路,压力传感器及100Hz的数据速率

带宽

20Hz

截止频率

启动时间

<1sec

非常快速启动时间


环境参数

工作温度范围

-35~+55

-40~+71

全范围内温度补偿

(性能将降低)

地面存放温度

-55~+90


振动

55~500Hz/3g

EUROCAE ED-14D/RTCA DO-160D, Section 8, Test Category S, Figure 8.3 , Curve L, extended to 500Hz

负载

±10g

根据分析,许多飞行试验是±6g360º /s横滚


内在测试诊断

5孔空速管启动时,系统检测内存,接口和其他组件。传感器和电子部件连续地被监测,数据端口有错误信息提示。


维护和测试软件

PC软件来配置、维护和测试五孔探头空速管攻角侧滑角传感器系统


ADP-5.5五孔空速管迎角侧滑角传感器系统电气参数

供电电压

9~32VDC(28VDC)

供电电流

70mA@28VDC(不带加热器)

加热器功率

240W(*大)

电气连接

DSUB-15 male and female (RTMC)

MIL-DTL-38999 III, Amphenol, D38999/20WB35PN (ADP)

材质

空速管为不锈钢材质,RTMC实时计算机为航空级铝材

安装

6 x M4螺钉

重量

管子:约0.640kg0.540kg,不带加热器和TAT

RTMC:约0.360kg

尺寸

CAD


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