ADP5.5五孔空速管迎角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)
ADP5.5五孔空速管迎角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)|五孔皮托管測風(fēng)速資料下載
1、ADP5.5五孔空速管迎角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)介紹
瑞士史密泰克.伯格（Simtec Buergel AG, swiss-airdata）公司生產(chǎn)的五孔空速管迎角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)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(jì)算出攻角（迎角）和側(cè)滑角。
2、ADP5.5空速管迎角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)
2.1、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(shí)沒有內(nèi)在摩擦和遲滯。風(fēng)標(biāo)式電位計(jì)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。
2.2、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(gè)穩(wěn)定時(shí)間（衰減是不利因數(shù)，因?yàn)樗黾恿搜舆t）。相比風(fēng)標(biāo)型系統(tǒng)，五孔探頭迎角傳感器和側(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(shí)，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(gè)額外的動態(tài)誤差，且比靜態(tài)誤差更大。
2.3、五孔探頭空速管迎角傳感器和側(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(gè)傳輸延遲（壓力傳感器的延遲遠(yuǎn)低于1 毫秒）。這包括計(jì)算機(jī)時(shí)間和傳輸時(shí)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）。
2.4、前支桿上風(fēng)標(biāo)的迎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(gè)很復(fù)雜的氣流，因?yàn)轱L(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)迎角傳感器根本就沒有進(jìn)行空氣動力學(xué)方面校準(zhǔn)。
2.5、五孔探頭空速管上迎角傳感器和側(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。
ADP5.5空速管迎角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
概述
五孔探頭空速管攻角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)為飛行器提供多種有價(jià)值的飛行參數(shù)，例如飛行高度（Hp）和速度(CAS和TAS)，迎角（攻角，AOA），側(cè)滑角（AOS）,靜壓（Ps）,動壓（Qc）,大氣總溫（TAT）和靜溫（OAT）。
許多螺旋槳飛機(jī)和無人機(jī)（UAVs）飛行速度比噴氣式飛機(jī)小得多，這就需要特殊的壓力和溫度傳感器，并采用電子器件來測量非常小的動壓。小型飛機(jī)和無人機(jī)更易受陣風(fēng)和尾流湍流影響，系統(tǒng)快速響應(yīng)是非常重要的。
五孔探頭空速管攻角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)可以安裝在試驗(yàn)飛機(jī)、作戰(zhàn)飛機(jī)或者無人機(jī)（UAVs）。測量到的數(shù)據(jù)被傳送到小型飛機(jī)和無人機(jī)（UAV）機(jī)艙內(nèi)嵌入式或便攜式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)（ADC）或飛行控制計(jì)算機(jī)（FCC）進(jìn)行實(shí)時(shí)評估或后期處理。
ADP5.5空速管顯著特點(diǎn)
l 獨(dú)立智能的系統(tǒng)，包含5孔探頭空速管及實(shí)時(shí)測量計(jì)算機(jī)（RTMC）
l 測量靜壓（Ps）,動壓（Qc）,迎角（AOA）,側(cè)滑角（AOS）和大氣總溫（TAT）
l 輸出完全校準(zhǔn)和風(fēng)洞修正后大氣數(shù)據(jù)參數(shù)
l 空速管內(nèi)嵌傳感器，減少壓力遲滯，快速響應(yīng)
l 控制加熱器功率，確保*低功耗和**操作
l 結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，質(zhì)量輕、堅(jiān)固耐用
l 高精度，高性價(jià)比
ADP5.5空速管空速測量
五孔探頭空速管攻角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)的空速測量如圖4，圖5所示，空速是由全壓孔測得的全壓值Pt，與靜壓孔測得的靜壓值Ps之間的差壓值，這個(gè)差壓值又叫動壓（Qc），他們之間的關(guān)系為：Qc（動壓）=Pt（全壓）-Ps（靜壓）。空速動壓通過一個(gè)高精度的差壓傳感器直接獲取其差壓值，空速管內(nèi)部有信號調(diào)理和控制電路板，差壓傳感器得到的壓力信號經(jīng)過該電路板進(jìn)行信號調(diào)理，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，壓力信號通過電路板上的RS485接口發(fā)送到大氣機(jī)上，大氣機(jī)通過運(yùn)算即得出校準(zhǔn)空速CAS等相關(guān)信息。
ADP5.5空速管高度測量
五孔探頭空速管攻角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)有24個(gè)靜壓孔圓周均勻分布于空速管管壁上，這樣分布可以提高測量精度，從靜壓孔中流入的氣壓分成兩路，其中一路是連接到Qc傳感器計(jì)算空速，另外一路靜壓孔流入的氣壓測量海拔高度，該路氣壓通過一個(gè)高精度的絕壓傳感器進(jìn)行壓力信號轉(zhuǎn)換，壓力信號經(jīng)過空速管內(nèi)置的信號調(diào)理和控制電路板轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并經(jīng)過RS485接口發(fā)送到大氣機(jī)上，大氣機(jī)通過運(yùn)算即得出海拔高度Hp。
ADP5.5空速管攻角AOA測量
五孔探頭空速管攻角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)攻角測量是通過上下2個(gè)孔所采集的差壓來測量攻角大小，關(guān)于攻角的正、負(fù)值如下所示：
（1）當(dāng)Pα+＞Pα+時(shí)，此時(shí)得到的是正攻角；
（2）當(dāng)Pα+＜Pα-時(shí)，此時(shí)得到的是負(fù)攻角；
攻角的計(jì)算除了需要攻角測量孔Pα+和Pα-所得的差壓外，還與空速動壓Qc值，空速管的氣動系數(shù)，修正參數(shù)等有關(guān)系。
ADP5.5空速管側(cè)滑角AOS測量
五孔探頭空速管攻角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)側(cè)滑角測量與攻角測量原理一樣，通過左右2個(gè)孔所采集的差壓來測量側(cè)滑角角大小，關(guān)于側(cè)滑角角的正、負(fù)值如下所示：
（1）當(dāng)Pβ+＞Pβ-時(shí)，此時(shí)得到的是正側(cè)滑角；
（2）當(dāng)Pβ+＞Pβ-時(shí)，此時(shí)得到的是負(fù)側(cè)滑角；
側(cè)滑角的計(jì)算除了需要左右兩個(gè)測量孔Pβ+和Pβ-所得的差壓外，也與空速動壓Qc值，空速管的氣動系數(shù)，修正參數(shù)等有關(guān)系。
ADP5.5空速管迎角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)原理的優(yōu)勢
五孔探頭空速管攻角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)測量AOA和AOS采用差壓原理計(jì)算得到，其測量部件都是采用電子器件，無機(jī)械測量部件，因此與傳統(tǒng)的風(fēng)標(biāo)AOA/AOS傳感器相比，五孔測量沒有摩擦和遲滯，而且可靠性高。風(fēng)標(biāo)每個(gè)電位計(jì)都有內(nèi)在的摩擦。在低空速的情況下，風(fēng)標(biāo)上的壓力很小，不能移動到正確的位置。甚至在更高空速，風(fēng)標(biāo)也存在相當(dāng)?shù)倪t滯。而五孔空速管可以在非常低的空速下工作。由于上述原因，多數(shù)風(fēng)標(biāo)僅在工作以上 40-60 節(jié)（70-105km/h）空速下工作。
ADP5.5五孔探頭空速管攻角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)輸出參數(shù)：
基本輸出數(shù)據(jù)
l 靜壓值（Ps,修正和校準(zhǔn)）
l 動壓值（Qc,修正和校準(zhǔn)）
l 迎角（AOA）
l 側(cè)滑角（AOS）
l 大氣總溫（TAT）
計(jì)算出的大氣數(shù)據(jù)參數(shù)
l 氣壓高度（Hp）
l 校準(zhǔn)空速（CAS）
l 真空速（TAS）
l 馬赫數(shù)（M）
l 大氣靜溫（SAT）
ADP5.5空速管迎角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)工作原理
下面幾個(gè)步驟描述了AAA.5空速管系統(tǒng)工作原理：
1、氣流通過五孔探頭，并被內(nèi)置的壓力傳感器感知。
2、同時(shí)氣流的溫度被內(nèi)置溫度傳感器感知。
3、傳感器的輸出信號被放大，并通過微處理器進(jìn)行模/數(shù)（20位A/D）轉(zhuǎn)換。
4、通過RS-485接口，數(shù)字量的大氣數(shù)據(jù)，被傳送到實(shí)時(shí)測量計(jì)算機(jī)（RTMC）
5、實(shí)時(shí)測量計(jì)算機(jī)（RTMC）執(zhí)行傳感器的校準(zhǔn)和空氣動力學(xué)修正。然后嵌入式的微處理器基于傳感器的數(shù)據(jù)計(jì)算出各種大氣數(shù)據(jù)參數(shù)，例如高度、空速等。
6. 通過RS-485接口，大氣數(shù)據(jù)被傳輸出去，作進(jìn)一步處理。（ARINC 429或CANaerospace 可選）。
ADP5.5空速管迎角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)優(yōu)勢：
l 5孔空速管系統(tǒng)利用多孔探頭技術(shù)，它能具有以下重要的優(yōu)勢：
l 在不同攻角和側(cè)滑角下，內(nèi)在修正動壓（Qc）和靜壓(Ps)值。
l 為了得到高精度和更快的頻率響應(yīng)，傳感器和傳感器數(shù)字化的電子部件直接集成在多孔探頭內(nèi)，這樣把探頭的長度減到zui小。
l 5孔空速管傳感器和傳感器的電子部件能夠適應(yīng)飛行器的飛行適用范圍。
ADP5.5五孔空速管迎角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)工作范圍
|
參數(shù)
|
量程
|
舉例
|
備注
|
|
靜壓（Ps）
|
238hPa~1080hPa
-540m~+10600m
|
|
可提供其他范圍
|
|
動壓（Qc）
|
<350KCAS(648km/h)
根據(jù)機(jī)型確定
|
0~30m/s
|
在風(fēng)洞里只校準(zhǔn)到0.6馬赫數(shù)
|
|
攻角（AOA）
|
±25°或 ±30°
|
±30°
|
大空速下，AOA范圍要減小
|
|
側(cè)滑角（AOS）
|
±25°或 ±30°
|
±30°
|
大空速下，AOS范圍要減小
|
ADP5.5五孔空速管迎角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)性能指標(biāo)
五孔探頭空速管攻角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)的傳感器和電子部件適應(yīng)飛行器的操作范圍，能夠達(dá)到zui高的精度。在特定的工作范圍內(nèi)，低于10m/s以下參數(shù)是有效的。
|
參數(shù)
|
量程
|
精度（包含傳感器，轉(zhuǎn)換及空氣動力學(xué)精度）
|
備注
|
|
靜壓（Ps）
|
238hPa~1050hPa
-540m~+10600m
|
<0.2%FS
(傳感器僅為0.05%FS)
|
參見備注1
|
|
動壓（Qc）
|
0~245hPa
|
<0.5%FS
(傳感器僅僅0.1%FS)
|
參見備注2
|
|
攻角（AOA）
|
±25o
|
<±0.5°@30m/s
<±0.3°@0m/s
(傳感器僅為0.1%FS)
|
參見備注2
|
|
側(cè)滑角（AOS）
|
±25o
|
備注：
1、精度包括在大攻角和側(cè)滑角的時(shí)的空氣動力學(xué)誤差，傳感器誤差和轉(zhuǎn)換誤差
2、在-35℃~+55℃內(nèi)，對傳感器進(jìn)行了校準(zhǔn)精度可以得到保證。在-40℃~+71℃內(nèi)精度有所下降。
3、在高速的情況下，AOA和AOS的角度范圍將減少。（參見下面的圖表）
4、AOA和AOS角度誤差絕大部分是偏置誤差，利用維護(hù)軟件，在零空速下，這種誤差可以很容易地重新被校準(zhǔn)。
ADP5.5五孔空速管迎角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率，分辨率、延遲及帶寬
|
特性
|
值
|
備注
|
|
數(shù)據(jù)速率
|
100Hz
|
|
|
分辨率
|
20位
|
在ADC中，所有的計(jì)算是32位，*終的數(shù)據(jù)協(xié)議可以增加或減少分辨率。
|
|
傳輸延遲
|
<25ms
|
包括管路，壓力傳感器及100Hz的數(shù)據(jù)速率
|
|
帶寬
|
20Hz
|
截止頻率
|
|
啟動時(shí)間
|
<1sec
|
非?？焖賳訒r(shí)間
|
環(huán)境參數(shù)
|
工作溫度范圍
|
-35℃~+55℃
（-40℃~+71℃）
|
全范圍內(nèi)溫度補(bǔ)償
（性能將降低）
|
|
地面存放溫度
|
-55℃~+90℃
|
|
|
振動
|
55~500Hz/3g
|
EUROCAE
ED-14D/RTCA DO-160D, Section 8, Test Category S, Figure 8.3 , Curve L,
extended to 500Hz
|
|
負(fù)載
|
±10g
|
根據(jù)分析，許多飛行試驗(yàn)是±6g，360o /s橫滾
|
內(nèi)在測試診斷
5孔空速管啟動時(shí)，系統(tǒng)檢測內(nèi)存，接口和其他組件。傳感器和電子部件連續(xù)地被監(jiān)測，數(shù)據(jù)端口有錯(cuò)誤信息提示。
維護(hù)和測試軟件
用PC軟件來配置、維護(hù)和測試五孔探頭空速管攻角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)
典型應(yīng)用：五孔空速管測風(fēng)、五孔皮托管和五孔探針三維風(fēng)速矢量測量
ADP-5.5五孔空速管迎角側(cè)滑角傳感器系統(tǒng)電氣參數(shù)
|
供電電壓
|
9~32VDC(28VDC)
|
|
供電電流
|
70mA@28VDC(不帶加熱器)
|
|
加熱器功率
|
240W(*大)
|
|
電氣連接
|
DSUB-15 male
and female (RTMC)
MIL-DTL-38999
III, Amphenol, D38999/20WB35PN (ADP)
|
|
材質(zhì)
|
空速管為不銹鋼材質(zhì)，RTMC實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)為航空級鋁材
|
|
安裝
|
6 x M4螺釘
|
|
重量
|
管子：約0.640kg（0.540kg，不帶加熱器和TAT）
RTMC：約0.360kg
|
|
尺寸
|
見CAD圖
|
