瑞士史密泰克.伯格（Simtec Buergel AG, swiss-airdata）公司經(jīng)典空速管|攻角傳感器|側(cè)滑角傳感器

  在飛機(jī)的機(jī)頭或機(jī)翼上一般都會(huì)有一根細(xì)長的方向朝著飛機(jī)的正前方管子。這就是空速管?？账俟芤步?/span>皮托管，總壓管或全靜壓管?？账俟苁秋w機(jī)上極為重要的測量工具。它的安裝位置一定要在飛機(jī)外面氣流較少受到飛機(jī)影響的區(qū)域，一般在飛行器機(jī)頭正前方，垂尾或翼尖前方。為提高測量精度，準(zhǔn)確測量總壓、靜壓，空速管軸向應(yīng)盡量與氣流方向平行，空速管zui佳安裝位置就是在與機(jī)身軸線相同的機(jī)頭前方，大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的誤差修正精度、換算得的數(shù)據(jù)更容易保證。有的飛機(jī)采用機(jī)頭進(jìn)氣方式，空速管是安裝在機(jī)頭下，可以設(shè)置相當(dāng)長的探桿，但缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)重量過大，對(duì)地面活動(dòng)的影響也比較多；蘇-27是機(jī)頭雷達(dá)罩前空速管，只不過利用安裝位置優(yōu)勢縮短空速管長度。

  盡管空速管技術(shù)是目前zui成熟、應(yīng)用zui為廣泛的大氣數(shù)據(jù)測量技術(shù)，空速管直到現(xiàn)在仍然是飛機(jī)空速測量的重要手段。但遠(yuǎn)期來看隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)的出現(xiàn)以及新飛行器特殊的飛行要求等綜合因素下，傳統(tǒng)的空速管的新問題和無法滿足新需要開始凸顯。特別是，在當(dāng)下幾個(gè)主要**強(qiáng)國爭相發(fā)展的高超音速飛行器領(lǐng)域，空速管的上述問題更為突出。不僅是高超聲速飛行狀態(tài)時(shí)，空速管所產(chǎn)生的激波將干擾飛行器的整體氣動(dòng)特性，不利于對(duì)飛行器的攻角、側(cè)滑角等實(shí)現(xiàn)**控制，而且高超音速飛行所產(chǎn)生的氣動(dòng)熱更是很可能將傳統(tǒng)的空速管燒蝕。

空速管發(fā)展趨勢：傳統(tǒng)的空速管和大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)存在三種缺陷。一、空速管測量范圍已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的要求。傳統(tǒng)的空速管和大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)維護(hù)和校準(zhǔn)成本較高。三、伸出機(jī)身蒙皮的空速管破壞了精心設(shè)計(jì)的用來降低雷達(dá)截面積的機(jī)身外形，影響隱身性能。

空速管發(fā)展趨勢之一：嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)(Flush Air Data System FADS）

在60年代，美國國家航空航天局(NASA)為了滿足航天飛機(jī)進(jìn)入大氣層時(shí)的大氣數(shù)據(jù)測量需求，提出了融于飛行器表面流線的大氣數(shù)據(jù)傳感器技術(shù)。這種技術(shù)依靠嵌入在飛行器前端或機(jī)翼的壓力傳感器陣列來測量飛行器表面的壓力分布，并由壓力分布間接獲得飛行參數(shù)的數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)，這就是嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)(Flush Air Data Sensing FADS)。

美國在60年代開始了對(duì)嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)的研究。在90年代初期，美國開始應(yīng)用于超聲速戰(zhàn)斗機(jī)的試驗(yàn)研究上，當(dāng)時(shí)主要目的是解決戰(zhàn)斗機(jī)大攻角機(jī)動(dòng)時(shí)的大氣數(shù)據(jù)測量問題。90年代中期時(shí)嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)(FADS)應(yīng)用在了X-33上，整個(gè)系統(tǒng)算法的穩(wěn)定性基本得到解決。此后，又集中在嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)的算法執(zhí)行性、故障檢測與排除、誤差分析與校準(zhǔn)等問題上。直到嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)(FADS)的日趨成熟在F-35上的應(yīng)用。一些飛機(jī)在完成早期試驗(yàn)階段相關(guān)測試的大量數(shù)據(jù)收集工作后取消機(jī)頭的空速管，也由機(jī)頭側(cè)面的嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)代替。嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)(FADS)在追求高機(jī)動(dòng)性、超音速巡航能力的新一代隱身戰(zhàn)機(jī)中的應(yīng)用，也側(cè)面表明其將成為未來大氣數(shù)據(jù)傳感技術(shù)未來的發(fā)展方向。

嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)(FADS)可測量包括動(dòng)壓、靜壓、迎角、側(cè)滑角等飛行參數(shù)。由于嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)無需傳統(tǒng)機(jī)械裝置，只需將壓力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，系統(tǒng)更易于集成化、小型化；壓力感受裝置是內(nèi)嵌于飛行器內(nèi)與飛行器表面平齊，因此不會(huì)影響氣動(dòng)外形，適用于大馬赫數(shù)、大迎角飛行狀態(tài)下大氣數(shù)據(jù)的**測量，也便于氣動(dòng)外形上的隱形。同時(shí)，嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)在硬件和軟件上的冗余容錯(cuò)能力，使其在可靠性、穩(wěn)定性、精度和適應(yīng)范圍上都具有優(yōu)勢。另外，由于嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)的壓力傳感器一般置于機(jī)體內(nèi)，這使其更能適應(yīng)未來高超聲速飛行器的惡劣嚴(yán)苛的飛行環(huán)境。

技術(shù)上，嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)主要由壓力點(diǎn)(嵌入安裝的取氣裝置)、引氣管路、壓力傳感器及總溫傳感器組件(傳感器及信號(hào)處理單元)、數(shù)據(jù)預(yù)處理單元、軟件算法及相關(guān)連接器與數(shù)據(jù)電纜等組成。系統(tǒng)在工作時(shí)，繞特定氣動(dòng)外形流動(dòng)的氣流，被嵌入安裝的微小取氣裝置探測到，并通過引氣管路將各路壓力信號(hào)傳給高精度壓力傳感器，由各傳感器實(shí)現(xiàn)不同位置壓力測量，zui后通過特定算法解算出大氣參數(shù)。同時(shí)，系統(tǒng)可設(shè)計(jì)總溫傳感器、輔助修正單元等，用于測量大氣總溫，動(dòng)態(tài)角度，從而進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)大氣模型下的高程修正、角度修正補(bǔ)償?shù)?。理論上，壓力點(diǎn)至少要布置4個(gè)以上才能測量出飛行器的攻角、側(cè)滑角、動(dòng)壓和靜壓這個(gè)四個(gè)基本大氣參數(shù)。多個(gè)測壓點(diǎn)的冗余又可進(jìn)一步提高測量精度和可靠性，但壓力點(diǎn)的增多也在增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定又是不利的.

空速管發(fā)展趨勢之二：光學(xué)大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)(Optical Air Data System OADS）

由于傳統(tǒng)空速測量方法所帶來的缺陷,光學(xué)大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)(Optical Air Data System OADS）的大氣測空速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案和一種矢量風(fēng)速及大氣數(shù)據(jù)的快速分解反演方法,并基于該方案設(shè)計(jì)了光學(xué)大氣測速系統(tǒng)。該光學(xué)大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)(Optical Air Data System OADS）根據(jù)大氣中氣溶膠粒子米散射和多普勒效應(yīng)原理,優(yōu)化了系統(tǒng)受感器、解調(diào)器和高速信號(hào)采集處理方案。光學(xué)大氣數(shù)據(jù)測章系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅可以顯著降低大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)的維護(hù)成本，而月能夠提高測量精度。問時(shí)，大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)可以進(jìn)行埋入式設(shè)計(jì)，增強(qiáng)飛機(jī)的隱身性能。除了為飛機(jī)提供大氣數(shù)據(jù)，光學(xué)大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)還有著更為廣泛的用途。

光學(xué)大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)(Optical Air Data System OADS）,具有測量精度高、范圍廣、遠(yuǎn)距離非接觸測量、響應(yīng)時(shí)間短和設(shè)備位于機(jī)體內(nèi)部等優(yōu)點(diǎn),相比于傳統(tǒng)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢。介紹了光學(xué)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的基本組成和工作原理,以及國內(nèi)外光學(xué)大學(xué)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用情況。國內(nèi)一些專家和學(xué)者通過對(duì)光學(xué)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理以及現(xiàn)行*新民用航空規(guī)章的分析,研究了光學(xué)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)民用運(yùn)輸類飛機(jī)適航規(guī)章和相關(guān)的適航審定試驗(yàn)的影響。

OADS (Optical Airdata System)光學(xué)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)利用激光多普勒效應(yīng)測量空速，利用激光測溫獲取大氣靜溫，利用已知角度的多束激光解算飛機(jī)姿態(tài)，獲得飛機(jī)的迎角和側(cè)滑角信息。目前已知的光學(xué)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的空速測量精度已經(jīng)達(dá)到0.1m/s,溫度測量精度在土.3C[1]，其空速測量精度優(yōu)于傳統(tǒng)的大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)，溫度測量精度與傳統(tǒng)的總溫探頭相當(dāng)。光學(xué)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)已經(jīng)成為一個(gè)發(fā)展方向，而其除了測量精度高的優(yōu)點(diǎn)之外，在結(jié)構(gòu)和測量原理上與傳統(tǒng)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)差別很大。光學(xué)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)一般由激光發(fā)射/接收探頭和光電處理模塊組成，激光透過光學(xué)玻璃射向遠(yuǎn)方的大氣粒子，在機(jī)體之外沒有突出物?；谶@種差別，因此民用航空規(guī)章的要**否適用，如何進(jìn)行相關(guān)的適航審定飛行試驗(yàn)等問題值得我們深入研究。

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