减小空速管静压源误差方法的研究

减小空速管静压源误差方法的研究

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减小空速管静压源误差方法的研究

郭婷

(上海飞机设计研究院上海2(-10436)

摘要:飞机空速管静压源误差直接影响飞机高度,速度等参数的测量精度,是飞机设计,大气数据计算机研制及飞行试验面I临的重要课题

之一.本文从工程实践角度出发,分析了攻角,马赫数等因素对静压源误差的影响,然后对工程设计中减小静压源误差的两种方法——气动补

偿法和计算机补偿法进行了全面的分析比较.最后通过某型飞机的飞行试验数据对计算机补偿法进行了验证分析,结果表明计算机补偿法能很

好地修正静压源误差,提高空速管静压探测的精度.

关键词:空速管静压源误差位置误差补偿

中图分类号:V241.4文献标识码:A文章编号:1007—9416(2011)090082—03

飞机上的空速管是一根空气压力信息的探测管,由空气压力传

感器和安装支杆构成,用来探测飞机相对气流的全压和静压信息.根

1

据伯努利方程j,在低速气流不可压缩的假设下,静压P与动压l二pv 1

(p为气流密度,1,为气流速度)之和沿流管不变,即P+pv=C

(常数).当流速v:0时,动压为0,此时静压达到最大值,以表示,

1

此值称为总压(全压),即P+考pv:P..因而通过空速管测量全压

和静压可以间接测量空速,高度等飞机的飞行参数.因此,空速管探

测空气压力信息的精度直接关系到飞机飞行参数的测量精度,影响飞行安全.换言之,就是要求空速管提供高精度的全压和静压信息.

工程实践表明,空速管探测气流的全压精度一般能满足使用要求,

而对气流静压的探测精度则往往不能满足使用要求,从而导致飞行高度和速度的误差.

1,静压源误差分析

大气静压定义为飞机前方无限远处的来流静压,用只表示.静

压误差通常表示为

:

华(1)g,

其中,为静压孔测得的静压,q=p为飞机飞行速度

的真实速压.这个比值C也叫做压力系数.

在一个好的静压系统中,无论什么时候,总是:及Cp=0.

实际上,由于飞机上静压孔的位置,马赫数M,攻角,侧滑角等因素

的影响,c≠0,总会存在静压误差.

1.1空速管的”位置误差”一～静压源误差

空速管的静压误差主要取决于其位置误差的大小.飞机在空气

中飞行,空气因受到机体的扰动作用,在其周围形成了一个飞机绕流场,空速管测量到的气流静压实际上是飞机绕流场中的静压,而所需要的是空气未被机体扰动前的大气静压,两者是不相同的,它们之间的差值就是空速管的静压探测误差.这种与空速管在流场中位置有关的误差称之为位置误差,又称为静压源误差.

1.2马赫数和攻角对静压源误差的影响

马赫数M对于静压源误差的影响,一般规律是:在亚音速飞行

时,误差随M数增加而逐渐增加;跨音速时,误差急剧增大;超音速时,因为机体对超音速流的扰动不能向上游传播,即作为空速管后体的机身对其静压的探测没有影响,因此机头空速管就没有位置误差了,此时空速管的静压探测特性取决于本身的超音速绕流特性. 攻角对于静压源误差的影响,一般规律是:对于亚音速空速管,

攻角越大,静压源误差越大.对于超音速空速管,攻角增大时,静压

源误差不大.

图1表明了攻角对静压源误差的影响[31.图中,横坐标为攻角

⑩

(迎角),纵坐标表示静压的相对误差,即静压的绝对误差与气流的准确动压之比,即为压力系数.

麓鹰建螽■醢譬

,2.2ft.0用气动补偿空速管来补偿静压源误差

空速管的位置误差从其形成的机理上而言,是不可避免的.要

使空速管探测静压的精度满足实际使用要求,就必须采取某种补偿措施,对静压进行补偿.

静压源误差的补偿方法有两种:气动补偿和计算补偿.气动补

偿法的基本原理是:在空速管安装位置已确定的情况下,设计一个合适的空速管气动外形,并在型面上选择静压孔位置,利用补偿面在静压孔处产生的负压来补偿机身正压场在此处的影响.

目前采用的气动补偿空速管的形式主要有以下三种:

前体补偿空速管——利用空速管头部曲面上的静压孑L处产生

的负压来补偿机头正压.

后体补偿空速管——利用静压孔后面的收缩段在静压孔处产

生的负压来补偿机头正压.

加补偿环的空速管——利用加在平直段的一个特殊设计的环,

并在环的特定位置上开静压孔,在亚音速时,同样可以得到所需要的补偿量.

补偿空速管的优点是把静压误差就地消除在静压源上,由于多

种因素的影响,补偿不可能使误差绝对为零.只要能满足规范或设计要求,就是可以接受的.

2.3利用大气数据计算机补偿静压源误差

计算补偿法是在空速管的形状和安装位置已确定的情况下,通

过试飞或风洞试验,测出静压源误差与马赫数,攻角,侧滑角等参数应用研究

的关系曲线,根据这些关系曲线,利用大气数据计算机(简称大气机)的计算功能对位置误差进行滤波消隐,来补偿静压源误差.

滤波消隐的关键是要找出空速管位置误差的规律(称为滤波函数),然后将其编成程序存入计算机.计算机在接收到静压信息后, 根据程序进行解算,以消除位置误差,还原出真实的大气静压信息. 这种消除误差的方法通常也叫做计算机补偿.

2.3.1滤波函数

由(1)式,得

=一

Cp?(2)

(2)式中的q是个真实速压值,不是测量值,必须将其表示为

速压传感器感受到的速压q(指示速压)的函数关系,才能运用计算机计算.q是空速管探测到的气流全压与静压之差值,即

=一

(3)

由于全压的探测精度仅取决于空气压力受感器本身,而与空速

管在流场中的位置无关,故全压测量值与真实全压是一致的,即=,

而=只+q,=+?,代入(3)式和(2)式,经推导

可得

(4)

(4)式就是空速管位置误差的滤波函数,式中的是空速管的