攻角傳感器AOA和側(cè)滑角AOS原理和分類
概述
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迎角傳感器（攻角傳感器，AOA）和側(cè)滑角傳感器（AOS）示意圖
攻角傳感器AOA和側(cè)滑角AOS原理和分類：飛行器的攻角是指機(jī)翼弦線與遠(yuǎn)前方來流的夾角，攻角的大小與升力的大小直接相關(guān)，與飛行安 全也密切相關(guān)。測滑傳感器一般位于飛機(jī)的機(jī)腹,原理類似于攻角角傳感器。
攻角傳感器AOA和側(cè)滑角AOS原理和分類的定義：攻角傳感器（AOA,α，也叫迎角，迎角傳感器）和側(cè)滑角傳感器（AOS,β)。攻角傳感器是測量飛行器攻角的裝置，又稱迎角傳感器。攻角大小與飛機(jī)的升力和阻力密切相關(guān)。攻角信號可直接指示，供駕駛員觀察。在大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)中，攻角傳感器的輸出經(jīng)補(bǔ)償計算后變?yōu)檎鎸?shí)迎攻角，用于靜壓源誤差修正（見空速管）,并可把此信號輸給儀表顯示和失速警告系統(tǒng)。當(dāng)實(shí)際攻角接近臨界攻角而使飛機(jī)有失速的危險時，失速警告系統(tǒng)即發(fā)出各種形式的告警信號。在飛行控制系統(tǒng)中常引入攻角信號來限制*大法向過載。攻角傳感器信號還用于油門控制系統(tǒng)。飛行中攻角的測量非常重要,攻角傳感器大多裝在機(jī)身兩側(cè),戰(zhàn)斗機(jī)有些裝在空速管上，攻角傳感器測到的迎角被送到如飛行控制計算機(jī),如果攻角大于臨界迎角的93%，就發(fā)出告警，提示飛行員頂桿。
攻角大小與飛機(jī)的空氣動力密切相關(guān)。飛機(jī)的升力與升力系數(shù)成正比；阻力與阻力系數(shù)成正比。升力系數(shù)和阻力系數(shù)都是攻角的函數(shù)。在一定范圍內(nèi)，攻角越大，升力系數(shù)與阻力系數(shù)也越大。但是，當(dāng)迎角超過某一數(shù)值（稱為臨界迎角），升力系數(shù)與阻力系數(shù)反而減小。這時飛機(jī)就可能失速。
因此，攻角是重要的飛行參數(shù)之一，飛行員必須使飛機(jī)在一定的攻角范圍內(nèi)飛行。所以有的飛機(jī)有一塊專門指示攻角的儀表—迎角表。有的飛機(jī)還有失速警告系統(tǒng)。當(dāng)實(shí)際迎角接近臨界攻角而使飛機(jī)有失速的危險時，失速警告系統(tǒng)立即發(fā)出各種形式的告警信號。
對于固定翼飛機(jī)，機(jī)翼的前進(jìn)方向(相當(dāng)與氣流的方向)和翼弦(與機(jī)身軸線不同)的夾角叫攻角，也稱為迎角，它是確定機(jī)翼在氣流中姿態(tài)的基準(zhǔn)。對于直升機(jī)和旋翼機(jī)，攻角的表示方法與固定翼飛機(jī)略有不同，它是指與前進(jìn)方向垂直的軸和旋翼的控制軸之間的夾角。有了這個夾角，氣流掠過機(jī)翼就會在上下翼面造成壓力差（但是這是有前提條件的，就是要保證上翼面的的氣流不分離），機(jī)翼產(chǎn)生升力，托舉飛機(jī)起飛。
如果機(jī)翼的攻角大到了一定程度，機(jī)翼相當(dāng)于在氣流中豎起的平板，由于角度太大，繞過上翼面的氣流流線無法連貫，會發(fā)生分離，同時受外層氣流的帶動，向后下方流動，*后就會卷成一個封閉的渦流，叫做分離渦。像這樣旋轉(zhuǎn)的渦中的壓力是不變的，它的壓力等于渦上方的氣流的壓力。所以此時上下翼面的壓力差值會小很多，這樣機(jī)翼的升力就比原來減小了。到一定程度就形成失速，對應(yīng)的機(jī)翼迎角叫做“失速迎角”或“臨界迎角”。
失速臨界迎角
攻角傳感器AOA和側(cè)滑角AOS原理和分類：
1-風(fēng)標(biāo)式攻角傳感器（迎角傳感器,AOA）和側(cè)滑角傳感器（AOA）
風(fēng)標(biāo)式迎角傳感器AOA和側(cè)滑角傳感器AOS
風(fēng)標(biāo)式攻角傳感器（迎角傳感器，AOA）和側(cè)滑角傳感器（AOS）由對稱剖面的翼型葉片（即風(fēng)標(biāo)）、轉(zhuǎn)軸、角度變換器、配重等部分組成。分單風(fēng)標(biāo)與雙風(fēng)標(biāo)兩種，后者是迎角和側(cè)滑角的組合傳感器。單風(fēng)標(biāo)式迎角傳感器多裝于飛機(jī)側(cè)面，而雙風(fēng)標(biāo)式傳感器常與空速管組合在一起，安裝在機(jī)頭前的支桿上，由于遠(yuǎn)離機(jī)頭，處于較平穩(wěn)的氣流中，感受飛機(jī)迎角比較準(zhǔn)確。風(fēng)標(biāo)式迎角傳感器的結(jié)構(gòu)比較簡單，工作可靠，但對翼型剖面的加工和表面光潔度的要求很高。
風(fēng)標(biāo)式攻角傳感器（迎角傳感器，AOA）和側(cè)滑角傳感器（AOS）的風(fēng)標(biāo)一般連接電位計或霍爾傳感器進(jìn)行電信號輸出，測量的攻角與電信號成線性關(guān)系。
2-五孔探針壓差比攻角傳感器（迎角傳感器，AOA）和側(cè)滑角傳感器（AOS）
五孔空速管（壓差比）攻角傳感器和側(cè)滑角傳感器的架構(gòu)比較簡單，主要包括用來測量各種壓力的半球形或圓錐五孔探頭、安裝在機(jī)身的傳感器支撐部分以及連接探頭和支撐部分的來接部分。若干氣動管路貫穿探頭、連接部分和支撐部分傳導(dǎo)壓力，差壓傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過公式，計算出攻角（迎角）和側(cè)滑角。
3-壓差歸零式攻角傳感器（迎角傳感器,AOA）和側(cè)滑角傳感器（AOS）
由探頭、槳葉、氣室和角度變換器等部分組成（見圖）。探頭是一個在中心線兩邊對稱開有兩排氣孔的圓錐體，其內(nèi)部有一中間隔板。圓錐體與空心軸剛性連接，在空心軸上固定著槳葉和角度變換器的活動部件。零壓式迎角傳感器安裝在機(jī)身或機(jī)頭側(cè)面，探頭旋轉(zhuǎn)軸垂直于飛機(jī)對稱面，并使進(jìn)氣口A、B的對稱面與翼弦方向平行。零壓式迎角傳感器有較好的阻尼，輸出的電信號比較平穩(wěn),精度也很高(可達(dá)0.1°)。傳感器中只有錐形探頭（約10厘米長）露在飛機(jī)蒙皮之外，對飛機(jī)造成的附加阻力極小。但傳感器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，裝配精度要求較高。
攻角傳感器AOA和側(cè)滑角AOS分類和原理及安裝位置誤差
由于在運(yùn)動物體周圍的自由氣流受到擾動，迎角傳感器不可能測得準(zhǔn)確的真實(shí)迎角，這類誤差稱為位置誤差。零壓式迎角傳感器的安裝部位不能遠(yuǎn)離機(jī)體，其位置誤差較嚴(yán)重。當(dāng)安裝位置確定后，位置誤差與飛行馬赫數(shù)緊密相關(guān)，這種關(guān)系可通過風(fēng)洞實(shí)驗和實(shí)際試飛確定，以便在大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)中通過計算進(jìn)行補(bǔ)償。
五孔空速管迎角傳感器AOA 和攻角傳感器AOS 的優(yōu)點(diǎn)
1、與傳統(tǒng)的風(fēng)標(biāo)迎角傳感器相比，五孔空速管測量迎角和攻角時沒有內(nèi)在摩擦和遲滯。風(fēng)標(biāo)式電位計都有內(nèi)在的摩擦。在低空速的情況下，由于受到的推力很小，風(fēng)標(biāo)不能移動到正確的位置。在更高空速情況下，風(fēng)標(biāo)也存在相當(dāng)大的遲滯。五孔空速管壓差比迎角傳感器和側(cè)滑角傳感器可以在非常低的空速下測量迎角和側(cè)滑角。
2、五孔空速管壓差比迎角傳感器和側(cè)滑角傳感器上沒有旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，不會產(chǎn)生過沖。如果不衰減，風(fēng)標(biāo)式迎角傳感器和側(cè)滑角傳感器需要一個穩(wěn)定時間（衰減是不利因數(shù)，因為它增加了延遲）。相比風(fēng)標(biāo)型系統(tǒng)，五孔探頭攻角傳感器和側(cè)滑角傳感器以*小的延遲和沒有過沖情況下，能夠在非常低的空速下，測量氣流的角度（迎角和側(cè)滑角）。 以某公司為例，其迎角（攻角）風(fēng)標(biāo)傳感器：“在115 節(jié)（200km/h）時，在100毫秒內(nèi)，風(fēng)標(biāo)將從3.0°偏移量返回到航空零，并且*大過沖達(dá)0.5°”。因此，在粗略和動態(tài)空氣中的風(fēng)標(biāo)會不斷移動，并產(chǎn)生了一個額外的動態(tài)誤差，且比靜態(tài)誤差更大。
3、五孔探頭攻角傳感器和側(cè)滑角傳感器有非常小的延遲。部分空速管有低于20ms 的一個傳輸延遲（壓力傳感器的延遲遠(yuǎn)低于1 毫秒）。這包括計算機(jī)時間和傳輸時間。風(fēng)標(biāo)的延遲要高得多（參見上面，在高空速高于100ms 的延遲，在低空速高的延遲甚至更高）。
4、前支桿上風(fēng)標(biāo)的攻角傳感器空氣動力學(xué)動態(tài)校準(zhǔn)是非常復(fù)雜的，需要大型的風(fēng)洞。風(fēng)標(biāo)安裝在支桿上會經(jīng)歷一個很復(fù)雜的氣流，因為風(fēng)標(biāo)會受到在其前面的空速管探頭影響。測試表明這種影響是不可忽略的，可以增加好幾度的誤差。此校準(zhǔn)也是非常困難的。絕大部分支桿上的風(fēng)標(biāo)???角傳感器根本就沒有進(jìn)行空氣動力學(xué)方面校準(zhǔn)。
5、五孔空速管上攻角傳感器和側(cè)滑角傳感器，沒有移動的部件。相比沒有運(yùn)動部件的系統(tǒng)，移動部件（風(fēng)標(biāo)）的可靠性是始終較低。
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