專利名稱：一種直升機(jī)多軸式全向空速傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直升機(jī)多軸式全向空速傳感器，它是用于測(cè)量直升機(jī)空速的傳感器，能夠準(zhǔn)確、可靠地測(cè)量直升機(jī)空速的大小和方向。主要應(yīng)用在航空航天、直升機(jī)和無(wú)人機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
準(zhǔn)確地測(cè)量前飛或后飛的空速對(duì)于直升機(jī)的安全飛行相當(dāng)重要。然而由于目前直升機(jī)通常采用空速管測(cè)量空速，其只能測(cè)量前飛速度，而不能測(cè)量后飛速度，在實(shí)際飛行中造成不便及隱患。此外，傳統(tǒng)的空速需要空速管和側(cè)滑傳感器分別測(cè)量，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大。此外，直升機(jī)流場(chǎng)復(fù)雜，飛行速度低，使得空速的測(cè)量十分困難。專利201110149574. I中提出了直升機(jī)雙軸式空速檢測(cè)系統(tǒng)，部分解決了上述問題，但是精度、可靠性都不高，在某個(gè)氣壓計(jì)或氣壓管有故障后，該雙軸式檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種直升機(jī)多軸式全向空速傳感器。它利用在水平圓周內(nèi)徑向多軸均布的多個(gè)氣壓計(jì)，可以全方向、高精度地檢測(cè)直升機(jī)飛行過程中空速引起的氣壓差，避免單某個(gè)氣壓計(jì)或氣壓管故障帶來(lái)的數(shù)據(jù)異常。見圖I、圖2,本發(fā)明ー種直升機(jī)多軸式全向空速傳感器的特征在于它含有外殼、軸O正方向氣壓管、軸O正方向氣壓計(jì)、軸I正方向氣壓管、軸I正方向氣壓計(jì)、軸2正方向氣壓管、軸2正方向氣壓計(jì)、軸3正方向氣壓管、軸3正方向氣壓計(jì)、軸O負(fù)方向氣壓管、軸O負(fù)方向氣壓計(jì)、軸I負(fù)方向氣壓管、軸I負(fù)方向氣壓計(jì)、軸2負(fù)方向氣壓管、軸2負(fù)方向氣 壓計(jì)、軸3負(fù)方向氣壓管、軸3負(fù)方向氣壓計(jì)和微處理器19，其位置連接關(guān)系是一種直升機(jī)多軸式全向空速傳感器沿機(jī)身縱軸安裝在直升機(jī)下方，軸0，1，2···(η-1) (η為偶數(shù))以順時(shí)針方向均勻分布在外殼圓周上，并都通過外殼中心點(diǎn)；軸0與外殼的縱軸$重合，以向前為正；軸2與外殼的橫軸f重合，以向右為正；其余軸以外殼1、4象限
內(nèi)為正方向；微處理器位于外殼的中央；每個(gè)軸沿徑向反向布置兩個(gè)氣壓計(jì)，根據(jù)該軸兩端氣壓計(jì)所測(cè)量的氣壓差計(jì)算沿該軸的空速分量；該外殼部分為飛碟型，其功能是將微處理器、氣壓管和氣壓計(jì)整合安裝在一起，方便安裝在機(jī)身底部；該氣壓管和氣壓計(jì)配合使用共8組，用于測(cè)量四個(gè)不同方向的氣壓差并將所得數(shù)據(jù)傳給微處理器；該微處理器為PIC單片機(jī)，通過內(nèi)置的函數(shù)表對(duì)從氣壓計(jì)傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理最終獲得空速值。當(dāng)直升機(jī)與空氣出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，多軸式全向空速傳感器的空速差將引起氣壓變化，并為每個(gè)軸(正、負(fù)方向)的氣壓計(jì)所檢測(cè)，微處理器通過對(duì)比軸i正方向氣壓計(jì)和負(fù)方向氣壓計(jì)的測(cè)量值，可以利用空速函數(shù)fv計(jì)算出沿軸i的空速分量(標(biāo)量)，由于每個(gè)軸的安裝方向固定且已知，可得到出沿軸i的空速分量(矢量)，因此
根據(jù)傳感器的排列可知，軸i與軸i+n/2(i = O, I··· (n/2-l))正交,根據(jù)正交條件，可由兩兩正交的軸i和軸(i+n/2) (i = O, I··· (n/2-l))計(jì)算出在軸i測(cè)量得到的空速矢量，兩兩合成正交軸的空速分量(矢量)，可得到i+Ι個(gè)空速矢量(i = O, I··· (n/2-l))。將此i+Ι個(gè)空速矢量進(jìn)行對(duì)比，刪除錯(cuò)誤項(xiàng)，處理擬合后即可得到直升機(jī)空速矢量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過在水平圓周內(nèi)多軸均布的多個(gè)氣壓計(jì)，可以全方向、高精度地測(cè)量直升機(jī)的空速大小及方向，即同時(shí)測(cè)量得到前飛速度、側(cè)滑速度和側(cè)滑角；由于該空速傳感器體積小、重量輕，可方便地安裝在直升機(jī)下方，不影響正常飛行；此外，本發(fā)明還有可靠性高，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，適用于直升機(jī)尤其是無(wú)人直升機(jī)。



一種直升機(jī)多軸式全向空速傳感器共有2n個(gè)氣壓計(jì)，沿η個(gè)軸(軸編號(hào)為0，1，2···(η-l))在圓周內(nèi)均勻排列。為便于說(shuō)明問題，在此以4軸為特例，并繪圖如圖1，2，3所示。圖I是ー種直升機(jī)多軸式全向空速傳感器在直升機(jī)上的安裝示意圖。圖2是ー種直升機(jī)多軸式全向空速傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是ー種直升機(jī)多軸式全向空速傳感器的測(cè)量原理圖。圖中，I.直升機(jī)，2.外殼，3.軸O正方向氣壓管，4.軸O正方向氣壓計(jì)，5.軸I正方向氣壓管，6.軸I正方向氣壓計(jì)，7.軸2正方向氣壓管，8.軸2正方向氣壓計(jì)，9.軸3正方向氣壓管，10.軸3正方向氣壓計(jì)，11.軸O負(fù)方向氣壓管，12.軸O負(fù)方向氣壓計(jì)，13.軸I負(fù)方向氣壓管，14.軸I負(fù)方向氣壓計(jì)，15.軸2負(fù)方向氣壓管，16.軸2負(fù)方向氣壓計(jì)，17.軸3負(fù)方向氣壓管，18.軸3負(fù)方向氣壓計(jì)，19.微處理器。圖3中數(shù)字符號(hào)與圖2對(duì)應(yīng)，Vss是空速的幅值，β是側(cè)滑角，Vix(i=0, I, 2，3)是空速的沿各軸向分量，Viy(i=0, I, 2，3)是空速沿各軸切向分量。
具體實(shí)施例方式見圖I、圖2、圖3,在4軸的情況下,本發(fā)明ー種直升機(jī)多軸式全向空速傳感器由外殼2、軸O正方向氣壓管3、軸O正方向氣壓計(jì)4、軸I正方向氣壓管5、軸I正方向氣壓計(jì)6、軸2正方向氣壓管7、軸2正方向氣壓計(jì)8、軸3正方向氣壓管9、軸3正方向氣壓計(jì)10、軸O負(fù)方向氣壓管11、軸O負(fù)方向氣壓計(jì)12、軸I負(fù)方向氣壓管13、軸I負(fù)方向氣壓計(jì)14、軸2負(fù)方向氣壓管15、軸2負(fù)方向氣壓計(jì)16、軸3負(fù)方向氣壓管17、軸3負(fù)方向氣壓計(jì)18和微處理器19組成。一種直升機(jī)多軸式全向空速傳感器沿機(jī)身縱軸安裝在直升機(jī)I下方。軸0，1,2-(η-1) (η為偶數(shù))以順時(shí)針方向均勻分布在外殼2的圓周上，并都通過外殼2的中心點(diǎn)。其中軸O與外殼2的縱軸重合，以向前為正；軸2與外殼2的橫軸重合，以向右為正；其余軸以外殼1、4象限內(nèi)為正方向；微處理器19位于外殼2的中央。每個(gè)軸沿徑向向外，布置兩個(gè)反向的氣壓計(jì)和氣壓管。根據(jù)該軸兩端氣壓計(jì)所測(cè)量的氣壓差計(jì)算沿該軸的空速分量。當(dāng)直升機(jī)I與空氣出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，多軸式全向空速傳感器的周圍將產(chǎn)生空速差。根據(jù)伯努利原理可知，空速變化會(huì)引起氣壓變化，并為每個(gè)軸正、負(fù)方向的氣壓計(jì)所檢測(cè)。以4軸的情況為例，當(dāng)出現(xiàn)空速V Z β時(shí)
權(quán)利要求
1.一種直升機(jī)多軸式全向空速傳感器，其特征在于它含有外殼、軸O正方向氣壓管、軸O正方向氣壓計(jì)、軸I正方向氣壓管、軸I正方向氣壓計(jì)、軸2正方向氣壓管、軸2正方向氣壓計(jì)、軸3正方向氣壓管、軸3正方向氣壓計(jì)、軸O負(fù)方向氣壓管、軸O負(fù)方向氣壓計(jì)、軸I負(fù)方向氣壓管、軸I負(fù)方向氣壓計(jì)、軸2負(fù)方向氣壓管、軸2負(fù)方向氣壓計(jì)、軸3負(fù)方向氣壓管、軸3負(fù)方向氣壓計(jì)和微處理器，全向空速傳感器沿機(jī)身縱軸安裝在直升機(jī)下方，軸O，.1，2…(n-l)，n為偶數(shù)，以順時(shí)針方向均勻分布在外殼圓周上，并都通過外殼中心點(diǎn)；軸0與外殼的縱軸$重合，以向前為正；軸2與外殼的橫軸歹重合，以向右為正；其余軸以外殼I、4象限內(nèi)為正方向；微處理器位于外殼的中央；每個(gè)軸沿徑向反向布置兩個(gè)氣壓計(jì)，根據(jù)該軸兩端氣壓計(jì)所測(cè)量的氣壓差計(jì)算沿該軸的空速分量； 該外殼為飛碟型，其功能是將微處理器、氣壓管和氣壓計(jì)整合安裝在一起，方便安裝在機(jī)身底部；該氣壓管和氣壓計(jì)配合使用共8組，用于測(cè)量四個(gè)不同方向的氣壓差并將所得數(shù)據(jù)傳給微處理器；該微處理器為PIC單片機(jī)，通過內(nèi)置的函數(shù)表對(duì)從氣壓計(jì)傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理最終獲得空速值。
全文摘要
一種直升機(jī)多軸式全向空速傳感器，它含有外殼、軸0正方向氣壓管、軸0正方向氣壓計(jì)、軸1正方向氣壓管、軸1正方向氣壓計(jì)、軸2正方向氣壓管、軸2正方向氣壓計(jì)、軸3正方向氣壓管、軸3正方向氣壓計(jì)、軸0負(fù)方向氣壓管、軸0負(fù)方向氣壓計(jì)、軸1負(fù)方向氣壓管、軸1負(fù)方向氣壓計(jì)、軸2負(fù)方向氣壓管、軸2負(fù)方向氣壓計(jì)、軸3負(fù)方向氣壓管、軸3負(fù)方向氣壓計(jì)和微處理器，它沿機(jī)身縱軸安裝在直升機(jī)下方，軸0，1，2…(n-1)以順時(shí)針方向均布在外殼圓周上，并都通過外殼中心點(diǎn)；微處理器位于外殼的中央；每個(gè)軸沿徑向反向布置兩個(gè)氣壓計(jì)，根據(jù)該軸兩端氣壓計(jì)所測(cè)量的氣壓差計(jì)算沿該軸的空速分量；本發(fā)明可以全方向、高精度地測(cè)量直升機(jī)的空速。
文檔編號(hào)G01P5/14GK102662078SQ20121015004
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者周堯明, 王冠林, 王凱鵬, 蒙志君, 許偉 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)