一种直升机大气数据系统旋翼下洗流影响修正方法与流程

文档序号：25540261发布日期：2021-06-18 20:35阅读：296来源：国知局

本发明涉及飞机大气数据测量领域，特别涉及一种直升机大气数据系统旋翼下洗流影响修正方法。

背景技术：

民用直升机大气数据系统是利用测量气压压力(包括总压、静压)的原理，实时测量直升机的飞行高度、速度、总温/静温、攻角、侧滑角等参数的系统或设备，是影响直升机飞行安全和导航显示不可或缺的重要系统，其失效将可能导致飞机失事，属直升机的安全关键设备，研制保证等级为dala级(最高)，因此，民用直升机大气数据系统大气参数的准确测量对直升机飞行安全至关重要。

直升机由旋翼提供动力和升力，直升机在飞行时，旋翼下方会产生下洗气流，直升机由于其特殊气动特性，导致直升机低速飞行时布置在直升机机身上的大气数据探头必将受到直升机旋翼诱导气流的影响，导致大气数据测量不准确，影响直升机的飞行安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供了一种直升机大气数据系统旋翼下洗流影响修正方法，针对直升机特有气动特性，在直升机低速飞行时大气数据测量易受旋翼下洗流影响，导致大气数据测量不准确的问题，通过构建下洗流感受测量构型，并建立下洗流修正算法，消除下洗流影响，保证大气数据测量的准确性，解决了上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种直升机大气数据系统旋翼下洗流影响修正方法，包括以下步骤，

步骤s1：建立动压修正系数表kp；

步骤s2：建立合成攻角系数表kai；

步骤s3：建立合成侧滑角系数表kbi；

步骤s4：采用随动探头测得总压和静压；

步骤s5：采用随动探头直杆上的测压孔测得上压力、下压力、左压力和右压力；

步骤s6：通过总压、静压、上压力和下压力的差、左压力和右压力的差解算出攻角和侧滑角，为获取更高的测量精度，步骤s3应重重多次；

步骤s7：通过攻角、侧滑角和马赫数，得到动压修正系数kp，实现真实动压的解算，完成旋翼下洗流修正，为获取更高的测量精度，步骤s4应重重多次。

为了更好地实现本方案，选用旋翼开启或关闭条件，通过气动流场仿真或气动流场试验，建立不同马赫数、不同攻角、不同侧滑角下的动压修正系数kp：

其中，qci为指示动压：开启旋翼时的动压测量值；qc为真实动压：关闭旋翼时的动压测量值。

为了更好地实现本方案，应在打开旋翼的情况下，通过气动流场仿真或气动流场试验，建立不同马赫数、不同攻角、不同侧滑角下的合成攻角系数kai：

所述p(d-u)i为随动探头直杆上的下压力与上压力的差值，qci为指示动压。

为了更好地实现本方案，应在打开旋翼的情况下，通过气动流场仿真或气动流场试验，建立不同马赫数、不同攻角下的合成侧滑角系数kbi：

所述p(l-r)i为随动探头直杆上的左压力与右压力的差值，qci为指示动压。

为了更好地实现本方案，进一步地，所述步骤s6重复迭代多次，以获得要求的攻角、侧滑角计算精度。

为了更好地实现本方案，进一步地，所述步骤s7重复迭代多次，以获得要求的大气参数计算精度。

为了更好地实现本方案，进一步地，所述步骤s6中的攻角、侧滑角的解算包括以下步骤：

步骤s601：根据静压psi、动压qci计算指示马赫数mi：其中k为绝热指数；

步骤s602：根据动压qci、p(d-u)i计算当前状态下的合成攻角系数kai：其中p(d-u)i为随动探头直杆上的下压力与上压力的差值；

步骤s603：根据动压qci、p(l-r)i计算当前状态下的合成侧滑角系数kbi：其中p(l-r)i为随动探头直杆上的左压力与右压力的差值；

步骤s604：根据指示马赫数mi，当前合成攻角系数kai，以及按步骤s2获得的合成攻角系数表，按侧滑角为0度时的合成攻角系数kai，得到侧滑角为0度时的攻角值aoa0；

步骤s605：根据指示马赫数mi，当前合成侧滑角系数kbi，以及按步骤s3获得的合成侧滑角系数表，按攻角为aoa0时的合成侧滑角系数kbi，得到攻角为aoa0时的侧滑角值aos0；

步骤s606：根据指示马赫数mi，当前合成攻角系数kai，以及按步骤s2获得的合成攻角系数表，按侧滑角为aos0时的攻角系数kai，得到攻角值aoa1；

步骤s607：根据指示马赫数mi，当前合成侧滑角系数kbi，以及按步骤s3获得的合成侧滑角系数表，按攻角为aoa1时的侧滑角系数kbi，得到侧滑角值aos1；

步骤s608：根据指示马赫数mi，当前合成攻角系数kai，以及按步骤s2获得的合成攻角系数表，按侧滑角为aos1时的攻角系数kai，得到攻角值aoa2；

步骤s609：根据指示马赫数mi，当前合成侧滑角系数kbi，以及按步骤s3获得的合成侧滑角系数表，按攻角为aoa2时的侧滑角系数kbi，得到侧滑角值aos2；

步骤s610：根据指示马赫数mi，当前合成攻角系数kai，以及按步骤s2获得的合成攻角系数表，按侧滑角为aos2时的攻角系数kai，得到攻角值aoa3；

步骤s611：根据指示马赫数mi，当前合成侧滑角系数kbi，以及按步骤s3获得的合成侧滑角系数表，按攻角为aoa3时的侧滑角系数kbi，得到侧滑角值aos3；

步骤s612：aoa3即为真实攻角，aos3即为真实侧滑角。

为了更好地实现本方案，进一步地，所述步骤s7中的真实动压的解算及旋翼下洗流影响修正包括以下步骤：

步骤s701：根据指示马赫数mi、真实攻角值aoa3和真实侧滑角值aos3，以及按步骤s1获得的动压修正系数表kp，经计算得到对应的动压修正系数kp0；

步骤s702：根据指示动压qci、动压修正系数kp0，计算修正后的动压qc0：qc0＝(1+kp0)×qci；

步骤s703：根据步骤s601中的公式，根据静压psi和修正后的动压qc0计算马赫数m0；

步骤s704：根据马赫数m0、真实攻角aoa3、真实侧滑角aos3，以及按步骤s1获得的动压修正系数表kp，经计算得到对应的动压修正系数kp1；

步骤s705：根据指示动压qci和动压修正系数kp1，根据步骤s702计算得到修正后的动压qc1；

步骤s706：重复步骤s703-s705两次，得到修正后的真实动压qc，完成旋翼下洗流影响修正；

步骤s707：根据静压psi、真实动压qc完成大气参数解算。

为了更好地实现本方案，进一步地，所述步骤s706具体为：

步骤s7061：根据步骤s601中的公式，根据静压psi和动压qc1计算马赫数m1；

步骤s7062：根据马赫数m1、攻角aoa3、侧滑角aos3，以及按步骤s1获得的动压修正系数表kp，经计算得到对应的动压修正系数kp2；

步骤s7063：根据动压qci和动压修正系数kp2，根据步骤s702计算得到修正后的动压qc2；

步骤s7064：根据步骤s601中的公式，根据静压psi和动压qc2计算马赫数m2；

步骤s7065：根据马赫数m2、攻角aoa3、侧滑角aos3，以及按步骤s1获得的动压修正系数表kp，经计算得到对应的动压修正系数kp3；

步骤s7066：根据动压qci和动压修正系数kp3，根据步骤s702计算得到修正后的真实动压qc3；

以真实动压qc3作为真实动压qc。

本方案通过重复数次代入数据，多次数学推导，降低了修正方法的误差率，实现了旋翼下洗流影响修正，并且方法简单易实现，成本低，具有很强的实际应用价值和经济效益。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明所述的一种直升机大气数据系统旋翼下洗流影响修正方法，利用随动探头实现总压、静压感受，使总压始终对准合成气流方向，保证了静压感受的准确性，从而使旋翼下洗流修正转化为动压修正，简化了旋翼下洗流修正模型，易于实现；

2.本发明所述的一种直升机大气数据系统旋翼下洗流影响修正方法，经过大量气动流场仿真(cfd)、数学推导和试验所得，实现了旋翼下洗流修影响修正，保证了大气数据在直升机低速飞行时的测量精度，本方案成本低、易实现；

3.本发明所述的一种直升机大气数据系统旋翼下洗流影响修正方法，同时实现攻角、侧滑角测量功能，简化了大气数据系统的系统组成，提高了系统的集成度和综合化水平。

附图说明

为了更清楚地说明本技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：

图1是本发明的随动探头式大气数据系统的组成结构图；

图2是本发明的随动探头直杆开孔横截面图；

图3是本发明的随动探头式大气数据系统的工作原理框图；

图4是本发明的旋翼下洗流修正算法的流程框图；

图5是本发明的方法流程框图；

图中，1-全压口，2-静压孔，3-随动探头，4-随动探头直杆，5-压差孔，6-静温传感器，7-安装支臂。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1至图5对本发明作详细说明。

实施例1：

一种直升机大气数据系统旋翼下洗流影响修正方法，包括以下步骤，

步骤s1：建立动压修正系数表kp；

步骤s2：建立合成攻角系数表kai；

步骤s3：建立合成侧滑角系数表kbi；

步骤s4：采用随动探头测得总压和静压；

步骤s5：采用随动探头直杆上的测压孔测得上压力、下压力、左压力和右压力；

步骤s6：通过总压、静压、上压力和下压力的差、左压力和右压力的差解算出攻角和侧滑角；

步骤s7：通过攻角、侧滑角和马赫数得到动压修正系数kp，实现真实动压的解算，完成旋翼下洗流修正。

工作原理：如图1所示，本实例所采用总静压探头为随动探头，可保证合成总压始终对准气流方向；随动探头直杆正交开4个测压孔，分别实现上压力、下压力、左压力及下压力的感受；安装支臂内的电子部件负责动压、静压、上下压差、左右压差的采集及旋翼下洗流修正，并完成大气参数的解算及输出。

如图2所示，随动探头直杆开孔数量可为4个或6个，开孔4个时，测压孔为上、下、左、右正交分布，开孔6个时，测压孔间隔60°均匀分布，并包含上、下两个固定位置，在本方案中，一般采用开孔数量为4个的随动探头直杆。

如图3所示，安装支臂内的电子部件采集随动探头来的总压、静压，采集探头直杆来的上压力、下压力、左压力和下压力，采集静温传感器来的静温电阻信号，建立旋翼下洗流与上述压力之间的关系模型，完成旋翼下洗流修正后实现大气参数的解算输出。

如图4所示，大气数据系统上电后按程序周期执行周期性任务。

实施例2：

一种直升机大气数据系统旋翼下洗流影响修正方法，如图5，包括以下步骤，

步骤s1：建立动压修正系数表kp；

步骤s2：建立合成攻角系数表kai；

步骤s3：建立合成侧滑角系数表kbi；

步骤s4：采用随动探头测得总压和静压；

步骤s5：采用随动探头直杆上的测压孔测得上压力、下压力、左压力和右压力；

步骤s6：通过总压、静压、上压力和下压力的差、左压力和右压力的差解算出攻角和侧滑角；

步骤s7：通过攻角、侧滑角和马赫数得到动压修正系数kp，实现真实动压的解算，完成旋翼下洗流修正。

所述步骤s1中动压修正系数表kp的建立，应根据旋翼开启或关闭条件，通过气动流场仿真或气动流场试验，建立不同马赫数、不同攻角、不同侧滑角下的动压修正系数kp：

其中，qci为指示动压：开启旋翼时的动压测量值；qc为真实动压：关闭旋翼时的动压测量值。

所述步骤s2中合成攻角系数表kai的建立，应在打开旋翼的情况下，通过气动流场仿真或气动流场试验，建立不同马赫数、不同攻角、不同侧滑角下的合成攻角系数kai：

所述p(d-u)i为随动探头直杆上的下压力与上压力的差值，qci为指示动压。

所述步骤s3中合成侧滑角系数表kbi的建立，应在打开旋翼的情况下，通过气动流场仿真或气动流场试验，建立不同马赫数、不同攻角下的合成侧滑角系数kbi：

所述p(l-r)i为随动探头直杆上的左压力与右压力的差值，qci为指示动压。

为了更好地实现本方案，进一步地，所述步骤s6重复迭代多次，以获得要求的攻角、侧滑角计算精度。

为了更好地实现本方案，进一步地，所述步骤s7重复迭代多次，以获得要求的大气参数计算精度。

所述步骤s6中的真实攻角、真实侧滑角的解算包括以下步骤：