空速管發(fā)展趨勢

日期：2025-05-10 16:38

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摘要：在飛機的機頭或機翼上一般都會有一根細長的方向朝著飛機的正前方管子。這就是空速管。空速管也叫皮托管，總壓管。風(fēng)標傳感器，也叫氣流方向傳感器或流向角感應(yīng)器，與精密電位計（或同步機或解析器）連接在一起，提供出一個表示相對于大氣數(shù)據(jù)桁架縱軸的空氣流方向的電信號，測量飛行攻角和側(cè)滑角。空速管是飛機上極為重要的測量工具。它的安裝位置一定要在飛機外面氣流較少受到飛機影響的區(qū)域，一般在飛行器機頭正前方，垂尾或翼尖前方。為提高測量精度，準確測量總壓、靜壓，空速管軸向應(yīng)盡量與氣流方向平行，空速管的*佳安裝位置就是在與機身軸線相同的機頭前方，大氣數(shù)據(jù)計算機的誤差修正精度、換算得的數(shù)據(jù)更容易保證。有的飛機采用機頭進氣方式，空速管是安裝在機頭下，可以設(shè)置相當長的探桿，但缺點是結(jié)構(gòu)重量過大，對地面活動的影響也比較多；蘇-27是機頭雷達罩前空速管，只不過利用安裝位置優(yōu)勢縮短空速管長度。

空速管發(fā)展趨勢

空速管|攻角傳感器|側(cè)滑角傳感器技術(shù)資料下載

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

在飛機的機頭或機翼上一般都會有一根細長的方向朝著飛機的正前方管子。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機上極為重要的測量工具。它的安裝位置一定要在飛機外面氣流較少受到飛機影響的區(qū)域，一般在飛行器機頭正前方，垂尾或翼尖前方。為提高測量精度，準確測量總壓、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身軸線相同的機頭前方，大氣數(shù)據(jù)計算機的誤差修正精度、換算得的數(shù)據(jù)更容易保證。有的飛機采用機頭進氣方式，空速管是安裝在機頭下，可以設(shè)置相當長的探桿，但缺點是結(jié)構(gòu)重量過大，對地面活動的影響也比較多；蘇-27是機頭雷達罩前空速管，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)在仍然是飛機空速測量的重要手段。但遠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，在當下幾個主要**強國爭相發(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，空速管所產(chǎn)生的激波將干擾飛行器的整體氣動特性，不利于對飛行器的攻角、側(cè)滑角等實現(xiàn)**控制，而且高超音速飛行所產(chǎn)生的氣動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)斗機的要求。傳統(tǒng)的空速管和大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)維護和校準成本較高。三、伸出機身蒙皮的空速管破壞了精心設(shè)計的用來降低雷達截面積的機身外形，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)為了滿足航天飛機進入大氣層時的大氣數(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)斗機的試驗研究上，當時主要目的是解決戰(zhàn)斗機大攻角機動時的大氣數(shù)據(jù)測量問題。90年代中期時嵌入式大氣數(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。一些飛機在完成早期試驗階段相關(guān)測試的大量數(shù)據(jù)收集工作后取消機頭的空速管，也由機頭側(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)在追求高機動性、超音速巡航能力的新一代隱身戰(zhàn)機中的應(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)機械裝置，只需將壓力轉(zhuǎn)化為電信號，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，因此不會影響氣動外形，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，也便于氣動外形上的隱形。同時，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體內(nèi)，這使其更能適應(yīng)未來高超聲速飛行器的惡劣嚴苛的飛行環(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(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，繞特定氣動外形流動的氣流，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傳給高精度壓力傳感器，由各傳感器實現(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，系統(tǒng)可設(shè)計總溫傳感器、輔助修正單元等，用于測量大氣總溫，動態(tài)角度，從而進行非標準大氣模型下的高程修正、角度修正補償?shù)?。理論上，壓力點至少要布置4個以上才能測量出飛行器的攻角、側(cè)滑角、動壓和靜壓這個四個基本大氣參數(shù)。多個測壓點的冗余又可進一步提高測量精度和可靠性，但壓力點的增多也在增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度，對整個系統(tǒng)的動態(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)的維護成本，而月能夠提高測量精度。問時，大氣數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)可以進行埋入式設(shè)計，增強飛機的隱身性能。除了為飛機提供大氣數(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、遠距離非接觸測量、響應(yīng)時間短和設(shè)備位于機體內(nèi)部等優(yōu)點,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)對民用運輸類飛機適航規(guī)章和相關(guān)的適航審定試驗的影響。

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姿態(tài)，獲得飛機的迎角和側(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。光學(xué)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)已經(jīng)成為一個發(fā)展方向，而其除了測量精度高的優(yōu)點之外，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)玻璃射向遠方的大氣粒子，在機體之外沒有突出物?；谶@種差別，因此民用航空規(guī)章的要**否適用，如何進行相關(guān)的適航審定飛行試驗等問題值得我們深入研究。