某型攻角側滑角傳感器設計

汪磊

摘 要：攻角和側滑角反映飛機軸線與氣流方向的夾角，是飛機飛行過程中的重要參數。文章提出了某型攻角側滑角傳感器設計方案，實現了對攻角和側滑角的精確測量。

關鍵詞：攻角；側滑角；傳感器；精確測量

1 測量方案

常用的攻角側滑角傳感器根據工作原理的不同有旋轉風標式攻角側滑角傳感器和差壓管式公交側滑角傳感器。

1.1 旋轉風標式攻角側滑角傳感器

由具有對稱剖面的翼型葉片（即風標）、配重、轉軸、角度變換器等部分組成，見圖1。葉片固定在轉軸上，可繞轉軸轉動。當葉片中心線與氣流方向平行時（即無攻角或側滑角時），氣動力對葉片上、下面產生的壓力相等，葉片不會旋轉。當飛機以某攻角（或側滑角）飛行時，由于作用于葉片兩面的氣動力不相等而產生壓差，此壓差使葉片旋轉，直到其中心線與氣流方向一致為止，此時，葉片旋轉的角度與攻角（或側滑角）相等。軸旋轉的角度可用角度變換器變換成電信號。旋轉風標式攻角側滑角傳感器安裝在機頭前的撐桿上，由于遠離機頭，處于較平穩的氣流中，感受飛機攻角和側滑角比較準確。

圖1 旋轉風標式攻角側滑角傳感器測量原理示意圖

1.2 差壓管式攻角側滑角傳感器

由差壓管和差壓傳感器組成。圖2是可以測量攻角、側滑角的五孔差壓管。在與差壓管軸線對稱的上、下和左、右及軸線上各開有一個孔。當差壓管軸線與氣流方向一致時，各孔引入的壓力均相等；當有迎角時，壓力P2和P4不相等；當有側滑角時，壓力P1和P3不相等。

圖2 差壓管式攻角側滑角傳感器測量原理示意圖

式（1）和式（2）給出了攻角α、側滑角β和壓差之間的關系，即：

（1）（2）

式中：K1-靈敏度系數（是Ma數的函數）。

此時，再采用任何形式的差壓傳感器，只要能測出（P4-P2）、（P1-P3）、（P5-P1）就可分別按式（1）、（2）解算出攻角α和側滑角β。

以上兩種方案中，差壓管式攻角側滑角傳感器適用于被測角度小、Ma數大的場合，結構復雜，密封性要求較高，需要配置差壓傳感器。旋轉風標式攻角側滑角傳感器測量范圍大、精度優于差壓管式攻角側滑角傳感器，而且結構簡單，體積小，可靠性高。所以某型攻角側滑角傳感器選用旋轉風標式測量原理測量飛機在飛行過程中的攻角的側滑角，分別輸出與被測角度成近似線性關系的電壓信號。

2 結構設計

某型攻角側滑角傳感器由風標組件、軸組件、電位器組件、電刷組件、整流罩、殼體、后筒夾、后套筒等組成。傳感器外形見圖3。

圖3 某型攻角側滑角傳感器外形圖

傳感器主體采用流線型結構，阻力小。外部螺釘均采用開槽沉頭螺釘，整個外表面不存在凸起的螺釘臺階。兩對風標距離殼體相對較遠，且攻角風標和側滑角風標之間保持一定距離，既避免主體對風標紊流影響，又防止兩對風標之間的交叉干擾。機械接口采用彈簧夾頭，輸出電纜從彈簧夾頭中引出。

3 角度-電壓轉換電路設計

某型攻角側滑角傳感器采用電位器將角度轉換為與之成近似線性關系的電壓信號，這種方式較簡單、可靠，輸出直接為線性變化的電壓信號。原理圖見圖4。

圖4 角度-電壓轉換原理圖

電位器組件（見圖5）由電位器座、電阻體、電刷絲、開槽平端緊定螺釘等部分組成。電阻體上的電阻膜可以根據需要配料，達到所要求的阻值。電位器座的圓周上均布三個開槽平端緊定螺釘，用以調節電阻體與電位器座上表面的平行度。

圖5 電位器組件

4 實現情況

根據設計方案，生產了2臺某型攻角側滑角傳感器（實物見圖6），并進行了特性、高溫、低溫等試驗，試驗結果見表1。

圖6 某型攻角側滑角傳感器

從表中試驗數據可見，某型攻角側滑角傳感器各項指標均達到了技術指標要求。

5 結束語

通過2臺某型攻角側滑角傳感器零件的加工、產品的裝配調試，以及成品的各項試驗，證明該方案合理、可行，產品滿足技術指標要求，可以精確測量行器在飛行過程中攻角和側滑角。

參考文獻

[1]樊尚春.航空測試系統[M].北京航空航天大學出版社，2005.

[2]田裕鵬等.傳感器原理[M].科學出版社，2007.

[3]王勇等.現代檢測技術[M].西安電子科技大學出版社.2007.

摘 要：攻角和側滑角反映飛機軸線與氣流方向的夾角，是飛機飛行過程中的重要參數。文章提出了某型攻角側滑角傳感器設計方案，實現了對攻角和側滑角的精確測量。

關鍵詞：攻角；側滑角；傳感器；精確測量

1 測量方案

常用的攻角側滑角傳感器根據工作原理的不同有旋轉風標式攻角側滑角傳感器和差壓管式公交側滑角傳感器。

1.1 旋轉風標式攻角側滑角傳感器

由具有對稱剖面的翼型葉片（即風標）、配重、轉軸、角度變換器等部分組成，見圖1。葉片固定在轉軸上，可繞轉軸轉動。當葉片中心線與氣流方向平行時（即無攻角或側滑角時），氣動力對葉片上、下面產生的壓力相等，葉片不會旋轉。當飛機以某攻角（或側滑角）飛行時，由于作用于葉片兩面的氣動力不相等而產生壓差，此壓差使葉片旋轉，直到其中心線與氣流方向一致為止，此時，葉片旋轉的角度與攻角（或側滑角）相等。軸旋轉的角度可用角度變換器變換成電信號。旋轉風標式攻角側滑角傳感器安裝在機頭前的撐桿上，由于遠離機頭，處于較平穩的氣流中，感受飛機攻角和側滑角比較準確。

圖1 旋轉風標式攻角側滑角傳感器測量原理示意圖

1.2 差壓管式攻角側滑角傳感器

由差壓管和差壓傳感器組成。圖2是可以測量攻角、側滑角的五孔差壓管。在與差壓管軸線對稱的上、下和左、右及軸線上各開有一個孔。當差壓管軸線與氣流方向一致時，各孔引入的壓力均相等；當有迎角時，壓力P2和P4不相等；當有側滑角時，壓力P1和P3不相等。

圖2 差壓管式攻角側滑角傳感器測量原理示意圖

式（1）和式（2）給出了攻角α、側滑角β和壓差之間的關系，即：

（1）（2）

式中：K1-靈敏度系數（是Ma數的函數）。

此時，再采用任何形式的差壓傳感器，只要能測出（P4-P2）、（P1-P3）、（P5-P1）就可分別按式（1）、（2）解算出攻角α和側滑角β。

以上兩種方案中，差壓管式攻角側滑角傳感器適用于被測角度小、Ma數大的場合，結構復雜，密封性要求較高，需要配置差壓傳感器。旋轉風標式攻角側滑角傳感器測量范圍大、精度優于差壓管式攻角側滑角傳感器，而且結構簡單，體積小，可靠性高。所以某型攻角側滑角傳感器選用旋轉風標式測量原理測量飛機在飛行過程中的攻角的側滑角，分別輸出與被測角度成近似線性關系的電壓信號。

2 結構設計

某型攻角側滑角傳感器由風標組件、軸組件、電位器組件、電刷組件、整流罩、殼體、后筒夾、后套筒等組成。傳感器外形見圖3。

圖3 某型攻角側滑角傳感器外形圖

傳感器主體采用流線型結構，阻力小。外部螺釘均采用開槽沉頭螺釘，整個外表面不存在凸起的螺釘臺階。兩對風標距離殼體相對較遠，且攻角風標和側滑角風標之間保持一定距離，既避免主體對風標紊流影響，又防止兩對風標之間的交叉干擾。機械接口采用彈簧夾頭，輸出電纜從彈簧夾頭中引出。

3 角度-電壓轉換電路設計

某型攻角側滑角傳感器采用電位器將角度轉換為與之成近似線性關系的電壓信號，這種方式較簡單、可靠，輸出直接為線性變化的電壓信號。原理圖見圖4。

圖4 角度-電壓轉換原理圖

電位器組件（見圖5）由電位器座、電阻體、電刷絲、開槽平端緊定螺釘等部分組成。電阻體上的電阻膜可以根據需要配料，達到所要求的阻值。電位器座的圓周上均布三個開槽平端緊定螺釘，用以調節電阻體與電位器座上表面的平行度。

圖5 電位器組件

4 實現情況

根據設計方案，生產了2臺某型攻角側滑角傳感器（實物見圖6），并進行了特性、高溫、低溫等試驗，試驗結果見表1。

圖6 某型攻角側滑角傳感器

從表中試驗數據可見，某型攻角側滑角傳感器各項指標均達到了技術指標要求。

5 結束語

通過2臺某型攻角側滑角傳感器零件的加工、產品的裝配調試，以及成品的各項試驗，證明該方案合理、可行，產品滿足技術指標要求，可以精確測量行器在飛行過程中攻角和側滑角。

參考文獻

[1]樊尚春.航空測試系統[M].北京航空航天大學出版社，2005.

[2]田裕鵬等.傳感器原理[M].科學出版社，2007.

[3]王勇等.現代檢測技術[M].西安電子科技大學出版社.2007.

摘 要：攻角和側滑角反映飛機軸線與氣流方向的夾角，是飛機飛行過程中的重要參數。文章提出了某型攻角側滑角傳感器設計方案，實現了對攻角和側滑角的精確測量。

關鍵詞：攻角；側滑角；傳感器；精確測量

1 測量方案

常用的攻角側滑角傳感器根據工作原理的不同有旋轉風標式攻角側滑角傳感器和差壓管式公交側滑角傳感器。

1.1 旋轉風標式攻角側滑角傳感器

由具有對稱剖面的翼型葉片（即風標）、配重、轉軸、角度變換器等部分組成，見圖1。葉片固定在轉軸上，可繞轉軸轉動。當葉片中心線與氣流方向平行時（即無攻角或側滑角時），氣動力對葉片上、下面產生的壓力相等，葉片不會旋轉。當飛機以某攻角（或側滑角）飛行時，由于作用于葉片兩面的氣動力不相等而產生壓差，此壓差使葉片旋轉，直到其中心線與氣流方向一致為止，此時，葉片旋轉的角度與攻角（或側滑角）相等。軸旋轉的角度可用角度變換器變換成電信號。旋轉風標式攻角側滑角傳感器安裝在機頭前的撐桿上，由于遠離機頭，處于較平穩的氣流中，感受飛機攻角和側滑角比較準確。

圖1 旋轉風標式攻角側滑角傳感器測量原理示意圖

1.2 差壓管式攻角側滑角傳感器

由差壓管和差壓傳感器組成。圖2是可以測量攻角、側滑角的五孔差壓管。在與差壓管軸線對稱的上、下和左、右及軸線上各開有一個孔。當差壓管軸線與氣流方向一致時，各孔引入的壓力均相等；當有迎角時，壓力P2和P4不相等；當有側滑角時，壓力P1和P3不相等。

圖2 差壓管式攻角側滑角傳感器測量原理示意圖

式（1）和式（2）給出了攻角α、側滑角β和壓差之間的關系，即：

（1）（2）

式中：K1-靈敏度系數（是Ma數的函數）。

此時，再采用任何形式的差壓傳感器，只要能測出（P4-P2）、（P1-P3）、（P5-P1）就可分別按式（1）、（2）解算出攻角α和側滑角β。

以上兩種方案中，差壓管式攻角側滑角傳感器適用于被測角度小、Ma數大的場合，結構復雜，密封性要求較高，需要配置差壓傳感器。旋轉風標式攻角側滑角傳感器測量范圍大、精度優于差壓管式攻角側滑角傳感器，而且結構簡單，體積小，可靠性高。所以某型攻角側滑角傳感器選用旋轉風標式測量原理測量飛機在飛行過程中的攻角的側滑角，分別輸出與被測角度成近似線性關系的電壓信號。

2 結構設計

某型攻角側滑角傳感器由風標組件、軸組件、電位器組件、電刷組件、整流罩、殼體、后筒夾、后套筒等組成。傳感器外形見圖3。

圖3 某型攻角側滑角傳感器外形圖

傳感器主體采用流線型結構，阻力小。外部螺釘均采用開槽沉頭螺釘，整個外表面不存在凸起的螺釘臺階。兩對風標距離殼體相對較遠，且攻角風標和側滑角風標之間保持一定距離，既避免主體對風標紊流影響，又防止兩對風標之間的交叉干擾。機械接口采用彈簧夾頭，輸出電纜從彈簧夾頭中引出。

3 角度-電壓轉換電路設計

某型攻角側滑角傳感器采用電位器將角度轉換為與之成近似線性關系的電壓信號，這種方式較簡單、可靠，輸出直接為線性變化的電壓信號。原理圖見圖4。

圖4 角度-電壓轉換原理圖

電位器組件（見圖5）由電位器座、電阻體、電刷絲、開槽平端緊定螺釘等部分組成。電阻體上的電阻膜可以根據需要配料，達到所要求的阻值。電位器座的圓周上均布三個開槽平端緊定螺釘，用以調節電阻體與電位器座上表面的平行度。

圖5 電位器組件

4 實現情況

根據設計方案，生產了2臺某型攻角側滑角傳感器（實物見圖6），并進行了特性、高溫、低溫等試驗，試驗結果見表1。

圖6 某型攻角側滑角傳感器

從表中試驗數據可見，某型攻角側滑角傳感器各項指標均達到了技術指標要求。

5 結束語

通過2臺某型攻角側滑角傳感器零件的加工、產品的裝配調試，以及成品的各項試驗，證明該方案合理、可行，產品滿足技術指標要求，可以精確測量行器在飛行過程中攻角和側滑角。

參考文獻

[1]樊尚春.航空測試系統[M].北京航空航天大學出版社，2005.

[2]田裕鵬等.傳感器原理[M].科學出版社，2007.

[3]王勇等.現代檢測技術[M].西安電子科技大學出版社.2007.