飛行試驗中迎角側(cè)滑角測試技術(shù)研究

邢達波

飛行試驗中迎角側(cè)滑角測試技術(shù)研究

邢達波

迎角和側(cè)滑角在大機動的條件下測量難度增加，飛機在進行失速試飛試驗時，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)試驗分析，原先選用UMA2000采集器用恒流源給電位計進行供電，恒流源供電靈敏度高，但卻容易引起失速試飛試驗數(shù)據(jù)漂移，經(jīng)過理論分析和實際飛行試驗驗證，改用KAM500采集器由恒壓源給電位計進行供電，飛行試驗數(shù)據(jù)正常。

概述

迎角和側(cè)滑角是飛行力學的兩個重要飛行參數(shù)，也是飛行控制及導航系統(tǒng)所需要的兩個主要參數(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上的風標傳感器、壓差式傳感器和零壓式傳感器等來測量。迎角是指飛行速度在飛機對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對稱面的夾角。

飛機失速是飛機迎角超過臨界迎角，機翼升力面出現(xiàn)嚴重的氣流分離，導致飛機升力驟然下降，阻力急劇增大的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為飛機失去控制，自動進入滾轉(zhuǎn)或飄擺狀態(tài)，進而造成飛機失事。

測試技術(shù)方案及飛行試驗

測試方案

飛機飛行品質(zhì)中有關(guān)風險科目的飛行特性，需進行迎角側(cè)滑角的測試，試驗要求迎角測量范圍為：-8o～40o，側(cè)滑角測量范圍為：-30o～30o，精度要求為：2％，而且迎角側(cè)滑角的測試應避開氣流的干擾。

針對上述試驗要求，試驗制定了用100600前支桿迎角側(cè)滑角來滿足試驗需求，測試方案框圖如圖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。其外形圖如圖2所示，其主要技術(shù)指標。

測量范圍： 迎角：±90° 側(cè)滑角：±170°

電位計阻值：5KΩ±10％

供電電壓： 0～5VDC

精度：±0.5％max

輸出信號： 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

圖1　攻角側(cè)滑角測試方案框圖

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)對比

圖4　連續(xù)3次迎角校準曲線圖

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

問題分析

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)反映的現(xiàn)象，進行如下試驗分析：

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

b. 對改裝線路進行導通檢查，沒有發(fā)現(xiàn)問題；

c. 給采集板卡單獨加模擬信號，采集器輸出正常；

d. 迎角側(cè)滑角傳感器是電位計形式，電位計阻值為5 kΩ，連續(xù)監(jiān)測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），給電位計的供電電流為1mA，那么輸出就有130mV（1mA*0.13kΩ）的變化，按照5V對應64000的編碼，每mV為13個編碼，13 mV對應1700個編碼，與地面監(jiān)測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進行供電，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，而測試試驗采用的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供電，而且恒流源供電更可以減少導線損耗，尤其是對于這種帶有前支桿的長導線測試。

另外，恒流源供電的靈敏度更高，電位計阻值稍微變化1Ω，輸出信號變化1mV；而用恒壓源供電，輸出是電位計阻值與供電電壓成比例關(guān)系，所以，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)漂移的現(xiàn)象。因此，對迎角側(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)過飛行試驗驗證，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，而對于如何采集傳感器輸出的電信號也有很多種采集器可供選擇。經(jīng)過理論分析和實際飛行試驗驗證，發(fā)現(xiàn)了不同采集器的優(yōu)缺點，本文可以為測試工程師提供寶貴的實際測試經(jīng)驗，避免類似的問題發(fā)生。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.014