邢達(dá)波

飛行試驗(yàn)中迎角側(cè)滑角測(cè)試技術(shù)研究

邢達(dá)波

迎角和側(cè)滑角在大機(jī)動(dòng)的條件下測(cè)量難度增加，飛機(jī)在進(jìn)行失速試飛試驗(yàn)時(shí)，加裝的迎角側(cè)滑角飛行數(shù)據(jù)頻繁出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，經(jīng)試驗(yàn)分析，原先選用UMA2000采集器用恒流源給電位計(jì)進(jìn)行供電，恒流源供電靈敏度高，但卻容易引起失速試飛試驗(yàn)數(shù)據(jù)漂移，經(jīng)過理論分析和實(shí)際飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，改用KAM500采集器由恒壓源給電位計(jì)進(jìn)行供電，飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常。

概述

迎角和側(cè)滑角是飛行力學(xué)的兩個(gè)重要飛行參數(shù)，也是飛行控制及導(dǎo)航系統(tǒng)所需要的兩個(gè)主要參數(shù)，其精度直接關(guān)系到飛行質(zhì)量和安全，目前主要是通過安裝在飛機(jī)上的風(fēng)標(biāo)傳感器、壓差式傳感器和零壓式傳感器等來測(cè)量。迎角是指飛行速度在飛機(jī)對(duì)稱面上的投影與縱軸的夾角，側(cè)滑角是指飛行速度與飛機(jī)對(duì)稱面的夾角。

飛機(jī)失速是飛機(jī)迎角超過臨界迎角，機(jī)翼升力面出現(xiàn)嚴(yán)重的氣流分離，導(dǎo)致飛機(jī)升力驟然下降，阻力急劇增大的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為飛機(jī)失去控制，自動(dòng)進(jìn)入滾轉(zhuǎn)或飄擺狀態(tài)，進(jìn)而造成飛機(jī)失事。

測(cè)試技術(shù)方案及飛行試驗(yàn)

測(cè)試方案

飛機(jī)飛行品質(zhì)中有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)科目的飛行特性，需進(jìn)行迎角側(cè)滑角的測(cè)試，試驗(yàn)要求迎角測(cè)量范圍為：-8o～40o，側(cè)滑角測(cè)量范圍為：-30o～30o，精度要求為：2％，而且迎角側(cè)滑角的測(cè)試應(yīng)避開氣流的干擾。

針對(duì)上述試驗(yàn)要求，試驗(yàn)制定了用100600前支桿迎角側(cè)滑角來滿足試驗(yàn)需求，測(cè)試方案框圖如圖1。

100600前支桿迎角側(cè)滑角傳感器包含空速管、攻角傳感器，側(cè)滑角傳感器，獲取飛行器的全壓和靜壓源和飛行器的攻角和側(cè)滑角的模擬信號(hào)。其外形圖如圖2所示，其主要技術(shù)指標(biāo)。

測(cè)量范圍： 迎角：±90° 側(cè)滑角：±170°

電位計(jì)阻值：5KΩ±10％

供電電壓： 0～5VDC

精度：±0.5％max

輸出信號(hào)： 0～5VDC

工作溫度：-50℃～+85℃

采集器選用UMA2000，采集板卡選用2022，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：

通道數(shù) 24路

輸入范圍 ±2.5V或0～5V

恒流供電1～24ma

精度：±0.7％max

編碼：16位

帶寬：0～10KHz

工作溫度：-40℃～+85℃

飛行試驗(yàn)

圖1　攻角側(cè)滑角測(cè)試方案框圖

圖2　前支桿空速管外形圖

圖3　不同飛行架次迎角數(shù)據(jù)對(duì)比

圖4　連續(xù)3次迎角校準(zhǔn)曲線圖

根據(jù)該測(cè)試方案完成了飛機(jī)的測(cè)試改裝并進(jìn)行了5個(gè)架次的飛行試驗(yàn)，飛行試驗(yàn)結(jié)果顯示迎角的數(shù)據(jù)有漂移現(xiàn)象，下圖為3個(gè)架次飛行試驗(yàn)的迎角數(shù)據(jù)，從中可以看出三個(gè)架次的數(shù)據(jù)很分散。

問題分析

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)反映的現(xiàn)象，進(jìn)行如下試驗(yàn)分析：

a. 對(duì)迎角傳感器進(jìn)行了連續(xù)3次校準(zhǔn)，每次校準(zhǔn)的零位都不一樣，但斜率是一樣的，如圖4所示；

b. 對(duì)改裝線路進(jìn)行導(dǎo)通檢查，沒有發(fā)現(xiàn)問題；

c. 給采集板卡單獨(dú)加模擬信號(hào)，采集器輸出正常；

d. 迎角側(cè)滑角傳感器是電位計(jì)形式，電位計(jì)阻值為5 kΩ，連續(xù)監(jiān)測(cè)攻角傳感器的阻值變化，發(fā)現(xiàn)一天之內(nèi)阻值有0.13kΩ變化（4.87kΩ～5 kΩ），給電位計(jì)的供電電流為1mA，那么輸出就有130mV（1mA*0.13kΩ）的變化，按照5V對(duì)應(yīng)64000的編碼，每mV為13個(gè)編碼，13 mV對(duì)應(yīng)1700個(gè)編碼，與地面監(jiān)測(cè)的零位漂移量基本吻合。

解決方案

經(jīng)理論分析發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)漂移的原因是UMA2000是由恒流源給電位計(jì)進(jìn)行供電，恒流源供電靈敏度高但容易引起失速試飛數(shù)據(jù)漂移量，經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)100600前支桿迎角側(cè)滑角傳感器要求電壓供電，而測(cè)試試驗(yàn)采用的UMA2000采集器只能提供恒流源。理論上講，恒壓恒流源都可以給電位計(jì)供電，而且恒流源供電更可以減少導(dǎo)線損耗，尤其是對(duì)于這種帶有前支桿的長(zhǎng)導(dǎo)線測(cè)試。

另外，恒流源供電的靈敏度更高，電位計(jì)阻值稍微變化1Ω，輸出信號(hào)變化1mV；而用恒壓源供電，輸出是電位計(jì)阻值與供電電壓成比例關(guān)系，所以，不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)漂移的現(xiàn)象。因此，對(duì)迎角側(cè)滑角數(shù)據(jù)漂移現(xiàn)象的解決方案為將UMA2000采集器換成KAM500采集器，采集板卡采用KAD/ADC/114，經(jīng)過飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，數(shù)據(jù)漂移現(xiàn)象消失。

結(jié)語

綜上所述，目前關(guān)于迎角和側(cè)滑角的求解方法很多，最常見的就是加裝傳感器，而對(duì)于如何采集傳感器輸出的電信號(hào)也有很多種采集器可供選擇。經(jīng)過理論分析和實(shí)際飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了不同采集器的優(yōu)缺點(diǎn)，本文可以為測(cè)試工程師提供寶貴的實(shí)際測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，避免類似的問題發(fā)生。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.014