专利名称：一种直升机多轴式全向空速传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直升机多轴式全向空速传感器，它是用于测量直升机空速的传感器，能够准确、可靠地测量直升机空速的大小和方向。主要应用在航空航天、直升机和无人机等技术领域。
背景技术：
准确地测量前飞或后飞的空速对于直升机的安全飞行相当重要。然而由于目前直升机通常采用空速管測量空速，其只能測量前飞速度，而不能測量后飞速度，在实际飞行中造成不便及隐患。此外，传统的空速需要空速管和侧滑传感器分别测量，其结构复杂，重量大。此外，直升机流场复杂，飞行速度低，使得空速的測量十分困难。专利201110149574. I中提出了直升机双轴式空速检测系统，部分解决了上述问题，但是精度、可靠性都不高，在某个气压计或气压管有故障后，该双轴式检测系统无法继续使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直升机多轴式全向空速传感器。它利用在水平圆周内径向多轴均布的多个气压计，可以全方向、高精度地检测直升机飞行过程中空速引起的气压差，避免单某个气压计或气压管故障带来的数据异常。见图I、图2,本发明ー种直升机多轴式全向空速传感器的特征在于它含有外壳、轴O正方向气压管、轴O正方向气压计、轴I正方向气压管、轴I正方向气压计、轴2正方向气压管、轴2正方向气压计、轴3正方向气压管、轴3正方向气压计、轴O负方向气压管、轴O负方向气压计、轴I负方向气压管、轴I负方向气压计、轴2负方向气压管、轴2负方向气 压计、轴3负方向气压管、轴3负方向气压计和微处理器19，其位置连接关系是一种直升机多轴式全向空速传感器沿机身纵轴安装在直升机下方，轴0，1，2···(η-1) (η为偶数)以顺时针方向均匀分布在外壳圆周上，并都通过外壳中心点；轴0与外壳的纵轴$重合，以向前为正；轴2与外壳的横轴f重合，以向右为正；其余轴以外壳1、4象限
内为正方向；微处理器位于外壳的中央；每个轴沿径向反向布置两个气压计，根据该轴两端气压计所测量的气压差计算沿该轴的空速分量；该外壳部分为飞碟型，其功能是将微处理器、气压管和气压计整合安装在一起，方便安装在机身底部；该气压管和气压计配合使用共8组，用于测量四个不同方向的气压差并将所得数据传给微处理器；该微处理器为PIC单片机，通过内置的函数表对从气压计传来的数据进行处理最终获得空速值。当直升机与空气出现相对运动时，多轴式全向空速传感器的空速差将引起气压变化，并为每个轴(正、负方向)的气压计所检测，微处理器通过对比轴i正方向气压计和负方向气压计的测量值，可以利用空速函数fv计算出沿轴i的空速分量(标量)，由于每个轴的安装方向固定且已知，可得到出沿轴i的空速分量(矢量)，因此
根据传感器的排列可知，轴i与轴i+n/2(i = O, I··· (n/2-l))正交,根据正交条件，可由两两正交的轴i和轴(i+n/2) (i = O, I··· (n/2-l))计算出在轴i測量得到的空速矢量，两两合成正交轴的空速分量(矢量)，可得到i+Ι个空速矢量(i = O, I··· (n/2-l))。将此i+Ι个空速矢量进行对比，删除错误项，处理拟合后即可得到直升机空速矢量。本发明的优点在于通过在水平圆周内多轴均布的多个气压计，可以全方向、高精度地測量直升机的空速大小及方向，即同时測量得到前飞速度、侧滑速度和侧滑角；由于该空速传感器体积小、重量轻，可方便地安装在直升机下方，不影响正常飞行；此外，本发明还有可靠性高，价格低廉的优点，适用于直升机尤其是无人直升机。
一种直升机多轴式全向空速传感器共有2n个气压计，沿η个轴(轴编号为0，1，2···(η-l))在圆周内均匀排列。为便于说明问题，在此以4轴为特例，并绘图如图1，2，3所示。图I是ー种直升机多轴式全向空速传感器在直升机上的安装示意图。图2是ー种直升机多轴式全向空速传感器的结构示意图。图3是ー种直升机多轴式全向空速传感器的測量原理图。图中，I.直升机，2.外壳，3.轴O正方向气压管，4.轴O正方向气压计，5.轴I正方向气压管，6.轴I正方向气压计，7.轴2正方向气压管，8.轴2正方向气压计，9.轴3正方向气压管，10.轴3正方向气压计，11.轴O负方向气压管，12.轴O负方向气压计，13.轴I负方向气压管，14.轴I负方向气压计，15.轴2负方向气压管，16.轴2负方向气压计，17.轴3负方向气压管，18.轴3负方向气压计，19.微处理器。图3中数字符号与图2对应，Vss是空速的幅值，β是侧滑角，Vix(i=0, I, 2，3)是空速的沿各轴向分量，Viy(i=0, I, 2，3)是空速沿各轴切向分量。
具体实施例方式见图I、图2、图3,在4轴的情况下,本发明ー种直升机多轴式全向空速传感器由外壳2、轴O正方向气压管3、轴O正方向气压计4、轴I正方向气压管5、轴I正方向气压计6、轴2正方向气压管7、轴2正方向气压计8、轴3正方向气压管9、轴3正方向气压计10、轴O负方向气压管11、轴O负方向气压计12、轴I负方向气压管13、轴I负方向气压计14、轴2负方向气压管15、轴2负方向气压计16、轴3负方向气压管17、轴3负方向气压计18和微处理器19组成。一种直升机多轴式全向空速传感器沿机身纵轴安装在直升机I下方。轴0，1,2-(η-1) (η为偶数)以顺时针方向均匀分布在外壳2的圆周上，并都通过外壳2的中心点。其中轴O与外壳2的纵轴重合，以向前为正；轴2与外壳2的横轴重合，以向右为正；其余轴以外壳1、4象限内为正方向；微处理器19位于外壳2的中央。每个轴沿径向向外，布置两个反向的气压计和气压管。根据该轴两端气压计所测量的气压差计算沿该轴的空速分量。当直升机I与空气出现相对运动时，多轴式全向空速传感器的周围将产生空速差。根据伯努利原理可知，空速变化会引起气压变化，并为每个轴正、负方向的气压计所检测。以4轴的情况为例，当出现空速V Z β时
权利要求
1.一种直升机多轴式全向空速传感器，其特征在于它含有外壳、轴O正方向气压管、轴O正方向气压计、轴I正方向气压管、轴I正方向气压计、轴2正方向气压管、轴2正方向气压计、轴3正方向气压管、轴3正方向气压计、轴O负方向气压管、轴O负方向气压计、轴I负方向气压管、轴I负方向气压计、轴2负方向气压管、轴2负方向气压计、轴3负方向气压管、轴3负方向气压计和微处理器，全向空速传感器沿机身纵轴安装在直升机下方，轴O，.1，2…(n-l)，n为偶数，以顺时针方向均匀分布在外壳圆周上，并都通过外壳中心点；轴0与外壳的纵轴$重合，以向前为正；轴2与外壳的横轴歹重合，以向右为正；其余轴以外壳I、4象限内为正方向；微处理器位于外壳的中央；每个轴沿径向反向布置两个气压计，根据该轴两端气压计所测量的气压差计算沿该轴的空速分量； 该外壳为飞碟型，其功能是将微处理器、气压管和气压计整合安装在一起，方便安装在机身底部；该气压管和气压计配合使用共8组，用于测量四个不同方向的气压差并将所得数据传给微处理器；该微处理器为PIC单片机，通过内置的函数表对从气压计传来的数据进行处理最终获得空速值。
全文摘要
一种直升机多轴式全向空速传感器，它含有外壳、轴0正方向气压管、轴0正方向气压计、轴1正方向气压管、轴1正方向气压计、轴2正方向气压管、轴2正方向气压计、轴3正方向气压管、轴3正方向气压计、轴0负方向气压管、轴0负方向气压计、轴1负方向气压管、轴1负方向气压计、轴2负方向气压管、轴2负方向气压计、轴3负方向气压管、轴3负方向气压计和微处理器，它沿机身纵轴安装在直升机下方，轴0，1，2…(n-1)以顺时针方向均布在外壳圆周上，并都通过外壳中心点；微处理器位于外壳的中央；每个轴沿径向反向布置两个气压计，根据该轴两端气压计所测量的气压差计算沿该轴的空速分量；本发明可以全方向、高精度地测量直升机的空速。
文档编号G01P5/14GK102662078SQ20121015004
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月7日 优先权日2012年5月7日
发明者周尧明, 王冠林, 王凯鹏, 蒙志君, 许伟 申请人:北京航空航天大学