[发明专利]一种无驻点形式的FADS系统测压孔设计方法

说明书

一种无驻点形式的FADS系统测压孔设计方法，所述方法包括：沿飞行器的轴线方向，从飞行器的前部至中部，分别截取若干个横截面，每个横截面设置一个测压孔阵列，所述测压孔阵列包括4个测压孔，呈“+”型分布，每个测压孔对应连接一个压力传感器；根据每个测压孔对应的压力传感器所采集的压力数据，计算相应的气动参数；根据孔位选取准则，结合气动特性从飞行器前部和中部各选取一个测压孔阵列，从而完成无驻点形式的FADS系统测压孔设计。本发明的方法无需驻点，对于经历严酷的气动加热环境的再入飞行器而言，提供了一种全新的设计方法和解决方案，具有很好的工程实用推广价值。

技术领域

本发明涉及嵌入式大气数据系统(Flush Air Data System，FADS)检测位点的确定方法领域，特别涉及一种无驻点形式的FADS系统测压孔设计方法。

背景技术

飞行于大气环境中的飞行器，对大气数据感知的准确与否关系到飞行的安全和效率，决定着飞行器的操控性和飞行品质。

飞行器的姿态控制、发动机进气道工作状态调节、失速警告指示等，均需准确获知包括飞行姿态(迎角、侧滑角)、飞行速度、气压高度、沉降速度等大气数据诸参数及信息。随着现代飞行器对于飞行速度、机动性以及隐身性等要求的不断提高，传统大气数据系统所采用的、基于皮托管原理制成的外露式“空速管+风标”大气数据系统，已无法满足新一代飞行器的高性能需求；有必要寻求一种新型的大气数据系统设计方法，以满足新一代飞行器的发展需求。

当前，所有的大气数据系统设计工作，均遵循如图1的总体设计思路、路线图。

嵌入式大气数据系统(FADS，Flush Air Data System)，采用在飞行器表面特定位置开设压力孔，并将所感知的压力信息传入飞行器内部压力传感器的方式来获取飞行器表面的压力数据；之后，利用模型表面特征位置点的压力信息与大气数据参数的函数关系建立数学模型(求解算法)，反演求解得到大气数据诸参数。

嵌入式大气数据系统采用的压力传感器阵列具有如下优点：无需机械装置(我们将空速管、风标归入机械装置一类)，更易于集成与小型化；压力孔及压力传感器与飞行器表面齐平、或埋入飞行器内部，最大限度地保持了飞行器气动外形完整性(不被破坏)，便于飞行器的保型设计、隐身设计；多个压力传感器并行设计，保证了系统具有较好的冗余容错能力，可提供较高的测量精度与可靠性。因此,嵌入式大气数据系统能够替代传统大气数据系统，以满足新一代飞行器的性能需求，受到了越来越多的关注。

当前，嵌入式大气数据系统的主要设计方法有：三点法、神经网络法。这两种方法，各有特性。

三点法由美国人提出，如图2所示，是当前应用较为广泛的一种FADS设计方法。其设计思路为：分别选取模型表面3个特征位置的测压孔压力值，将飞行器的迎角、侧滑角从大气数据诸参数中解耦/分离出来，继而求解出所需大气数据参数。通用的设计方式为：首先在模型表面选取3个在竖直方向上的测压孔压力值，获得关于迎角的解算方程，并进行求解；当获得迎角数据后，再选择水平方向的3个测压孔计算侧滑角。这种设计方法，须要在飞行器的驻点位置设计压力孔，所谓驻点是空气动力学术语，可简要理解为飞行器的头部的最前点或中心点，如图3所示。以获取飞行过程中的实时总压P₀数据，进而通过公式(1)求得飞行速度V：

其中：P₀为飞行器在飞行过程中，通过驻点获得的总压值；

Pi为飞行器所处环境的大气静压；

ρ为飞行器所处环境的大气密度；可利用标准大气表查表得到。