某型攻角側(cè)滑角傳感器設(shè)計(jì)

汪磊

摘 要：攻角和側(cè)滑角反映飛機(jī)軸線與氣流方向的夾角，是飛機(jī)飛行過程中的重要參數(shù)。文章提出了某型攻角側(cè)滑角傳感器設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)攻角和側(cè)滑角的精確測(cè)量。

關(guān)鍵詞：攻角；側(cè)滑角；傳感器；精確測(cè)量

1 測(cè)量方案

常用的攻角側(cè)滑角傳感器根據(jù)工作原理的不同有旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式攻角側(cè)滑角傳感器和差壓管式公交側(cè)滑角傳感器。

1.1 旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式攻角側(cè)滑角傳感器

由具有對(duì)稱剖面的翼型葉片（即風(fēng)標(biāo)）、配重、轉(zhuǎn)軸、角度變換器等部分組成，見圖1。葉片固定在轉(zhuǎn)軸上，可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)葉片中心線與氣流方向平行時(shí)（即無攻角或側(cè)滑角時(shí)），氣動(dòng)力對(duì)葉片上、下面產(chǎn)生的壓力相等，葉片不會(huì)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)飛機(jī)以某攻角（或側(cè)滑角）飛行時(shí)，由于作用于葉片兩面的氣動(dòng)力不相等而產(chǎn)生壓差，此壓差使葉片旋轉(zhuǎn)，直到其中心線與氣流方向一致為止，此時(shí)，葉片旋轉(zhuǎn)的角度與攻角（或側(cè)滑角）相等。軸旋轉(zhuǎn)的角度可用角度變換器變換成電信號(hào)。旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式攻角側(cè)滑角傳感器安裝在機(jī)頭前的撐桿上，由于遠(yuǎn)離機(jī)頭，處于較平穩(wěn)的氣流中，感受飛機(jī)攻角和側(cè)滑角比較準(zhǔn)確。

圖1 旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式攻角側(cè)滑角傳感器測(cè)量原理示意圖

1.2 差壓管式攻角側(cè)滑角傳感器

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

圖2 差壓管式攻角側(cè)滑角傳感器測(cè)量原理示意圖

式（1）和式（2）給出了攻角α、側(cè)滑角β和壓差之間的關(guān)系，即：

（1）（2）

式中：K1-靈敏度系數(shù)（是Ma數(shù)的函數(shù)）。

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

以上兩種方案中，差壓管式攻角側(cè)滑角傳感器適用于被測(cè)角度小、Ma數(shù)大的場(chǎng)合，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，密封性要求較高，需要配置差壓傳感器。旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式攻角側(cè)滑角傳感器測(cè)量范圍大、精度優(yōu)于差壓管式攻角側(cè)滑角傳感器，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可靠性高。所以某型攻角側(cè)滑角傳感器選用旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式測(cè)量原理測(cè)量飛機(jī)在飛行過程中的攻角的側(cè)滑角，分別輸出與被測(cè)角度成近似線性關(guān)系的電壓信號(hào)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

某型攻角側(cè)滑角傳感器由風(fēng)標(biāo)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(cè)滑角傳感器外形圖

傳感器主體采用流線型結(jié)構(gòu)，阻力小。外部螺釘均采用開槽沉頭螺釘，整個(gè)外表面不存在凸起的螺釘臺(tái)階。兩對(duì)風(fēng)標(biāo)距離殼體相對(duì)較遠(yuǎn)，且攻角風(fēng)標(biāo)和側(cè)滑角風(fēng)標(biāo)之間保持一定距離，既避免主體對(duì)風(fēng)標(biāo)紊流影響，又防止兩對(duì)風(fēng)標(biāo)之間的交叉干擾。機(jī)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(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

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

圖4 角度-電壓轉(zhuǎn)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?shù)炔糠纸M成。電阻體上的電阻膜可以根據(jù)需要配料，達(dá)到所要求的阻值。電位器座的圓周上均布三個(gè)開槽平端緊定螺釘，用以調(diào)節(jié)電阻體與電位器座上表面的平行度。

圖5 電位器組件

4 實(shí)現(xiàn)情況

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，生產(chǎn)了2臺(tái)某型攻角側(cè)滑角傳感器（實(shí)物見圖6），并進(jìn)行了特性、高溫、低溫等試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

圖6 某型攻角側(cè)滑角傳感器

從表中試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，某型攻角側(cè)滑角傳感器各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)要求。

5 結(jié)束語

通過2臺(tái)某型攻角側(cè)滑角傳感器零件的加工、產(chǎn)品的裝配調(diào)試，以及成品的各項(xiàng)試驗(yàn)，證明該方案合理、可行，產(chǎn)品滿足技術(shù)指標(biāo)要求，可以精確測(cè)量行器在飛行過程中攻角和側(cè)滑角。

參考文獻(xiàn)

[1]樊尚春.航空測(cè)試系統(tǒng)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[2]田裕鵬等.傳感器原理[M].科學(xué)出版社，2007.

[3]王勇等.現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)[M].西安電子科技大學(xué)出版社.2007.

摘 要：攻角和側(cè)滑角反映飛機(jī)軸線與氣流方向的夾角，是飛機(jī)飛行過程中的重要參數(shù)。文章提出了某型攻角側(cè)滑角傳感器設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)攻角和側(cè)滑角的精確測(cè)量。

關(guān)鍵詞：攻角；側(cè)滑角；傳感器；精確測(cè)量

1 測(cè)量方案

常用的攻角側(cè)滑角傳感器根據(jù)工作原理的不同有旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式攻角側(cè)滑角傳感器和差壓管式公交側(cè)滑角傳感器。

1.1 旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式攻角側(cè)滑角傳感器

由具有對(duì)稱剖面的翼型葉片（即風(fēng)標(biāo)）、配重、轉(zhuǎn)軸、角度變換器等部分組成，見圖1。葉片固定在轉(zhuǎn)軸上，可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)葉片中心線與氣流方向平行時(shí)（即無攻角或側(cè)滑角時(shí)），氣動(dòng)力對(duì)葉片上、下面產(chǎn)生的壓力相等，葉片不會(huì)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)飛機(jī)以某攻角（或側(cè)滑角）飛行時(shí)，由于作用于葉片兩面的氣動(dòng)力不相等而產(chǎn)生壓差，此壓差使葉片旋轉(zhuǎn)，直到其中心線與氣流方向一致為止，此時(shí)，葉片旋轉(zhuǎn)的角度與攻角（或側(cè)滑角）相等。軸旋轉(zhuǎn)的角度可用角度變換器變換成電信號(hào)。旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式攻角側(cè)滑角傳感器安裝在機(jī)頭前的撐桿上，由于遠(yuǎn)離機(jī)頭，處于較平穩(wěn)的氣流中，感受飛機(jī)攻角和側(cè)滑角比較準(zhǔn)確。

圖1 旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式攻角側(cè)滑角傳感器測(cè)量原理示意圖

1.2 差壓管式攻角側(cè)滑角傳感器

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

圖2 差壓管式攻角側(cè)滑角傳感器測(cè)量原理示意圖

式（1）和式（2）給出了攻角α、側(cè)滑角β和壓差之間的關(guān)系，即：

（1）（2）

式中：K1-靈敏度系數(shù)（是Ma數(shù)的函數(shù)）。

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

以上兩種方案中，差壓管式攻角側(cè)滑角傳感器適用于被測(cè)角度小、Ma數(shù)大的場(chǎng)合，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，密封性要求較高，需要配置差壓傳感器。旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式攻角側(cè)滑角傳感器測(cè)量范圍大、精度優(yōu)于差壓管式攻角側(cè)滑角傳感器，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可靠性高。所以某型攻角側(cè)滑角傳感器選用旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式測(cè)量原理測(cè)量飛機(jī)在飛行過程中的攻角的側(cè)滑角，分別輸出與被測(cè)角度成近似線性關(guān)系的電壓信號(hào)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

某型攻角側(cè)滑角傳感器由風(fēng)標(biāo)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(cè)滑角傳感器外形圖

傳感器主體采用流線型結(jié)構(gòu)，阻力小。外部螺釘均采用開槽沉頭螺釘，整個(gè)外表面不存在凸起的螺釘臺(tái)階。兩對(duì)風(fēng)標(biāo)距離殼體相對(duì)較遠(yuǎn)，且攻角風(fēng)標(biāo)和側(cè)滑角風(fēng)標(biāo)之間保持一定距離，既避免主體對(duì)風(fēng)標(biāo)紊流影響，又防止兩對(duì)風(fēng)標(biāo)之間的交叉干擾。機(jī)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(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

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

圖4 角度-電壓轉(zhuǎn)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?shù)炔糠纸M成。電阻體上的電阻膜可以根據(jù)需要配料，達(dá)到所要求的阻值。電位器座的圓周上均布三個(gè)開槽平端緊定螺釘，用以調(diào)節(jié)電阻體與電位器座上表面的平行度。

圖5 電位器組件

4 實(shí)現(xiàn)情況

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，生產(chǎn)了2臺(tái)某型攻角側(cè)滑角傳感器（實(shí)物見圖6），并進(jìn)行了特性、高溫、低溫等試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

圖6 某型攻角側(cè)滑角傳感器

從表中試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，某型攻角側(cè)滑角傳感器各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)要求。

5 結(jié)束語

通過2臺(tái)某型攻角側(cè)滑角傳感器零件的加工、產(chǎn)品的裝配調(diào)試，以及成品的各項(xiàng)試驗(yàn)，證明該方案合理、可行，產(chǎn)品滿足技術(shù)指標(biāo)要求，可以精確測(cè)量行器在飛行過程中攻角和側(cè)滑角。

參考文獻(xiàn)

[1]樊尚春.航空測(cè)試系統(tǒng)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[2]田裕鵬等.傳感器原理[M].科學(xué)出版社，2007.

[3]王勇等.現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)[M].西安電子科技大學(xué)出版社.2007.

摘 要：攻角和側(cè)滑角反映飛機(jī)軸線與氣流方向的夾角，是飛機(jī)飛行過程中的重要參數(shù)。文章提出了某型攻角側(cè)滑角傳感器設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)攻角和側(cè)滑角的精確測(cè)量。

關(guān)鍵詞：攻角；側(cè)滑角；傳感器；精確測(cè)量

1 測(cè)量方案

常用的攻角側(cè)滑角傳感器根據(jù)工作原理的不同有旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式攻角側(cè)滑角傳感器和差壓管式公交側(cè)滑角傳感器。

1.1 旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式攻角側(cè)滑角傳感器

由具有對(duì)稱剖面的翼型葉片（即風(fēng)標(biāo)）、配重、轉(zhuǎn)軸、角度變換器等部分組成，見圖1。葉片固定在轉(zhuǎn)軸上，可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)葉片中心線與氣流方向平行時(shí)（即無攻角或側(cè)滑角時(shí)），氣動(dòng)力對(duì)葉片上、下面產(chǎn)生的壓力相等，葉片不會(huì)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)飛機(jī)以某攻角（或側(cè)滑角）飛行時(shí)，由于作用于葉片兩面的氣動(dòng)力不相等而產(chǎn)生壓差，此壓差使葉片旋轉(zhuǎn)，直到其中心線與氣流方向一致為止，此時(shí)，葉片旋轉(zhuǎn)的角度與攻角（或側(cè)滑角）相等。軸旋轉(zhuǎn)的角度可用角度變換器變換成電信號(hào)。旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式攻角側(cè)滑角傳感器安裝在機(jī)頭前的撐桿上，由于遠(yuǎn)離機(jī)頭，處于較平穩(wěn)的氣流中，感受飛機(jī)攻角和側(cè)滑角比較準(zhǔn)確。

圖1 旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式攻角側(cè)滑角傳感器測(cè)量原理示意圖

1.2 差壓管式攻角側(cè)滑角傳感器

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

圖2 差壓管式攻角側(cè)滑角傳感器測(cè)量原理示意圖

式（1）和式（2）給出了攻角α、側(cè)滑角β和壓差之間的關(guān)系，即：

（1）（2）

式中：K1-靈敏度系數(shù)（是Ma數(shù)的函數(shù)）。

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

以上兩種方案中，差壓管式攻角側(cè)滑角傳感器適用于被測(cè)角度小、Ma數(shù)大的場(chǎng)合，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，密封性要求較高，需要配置差壓傳感器。旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式攻角側(cè)滑角傳感器測(cè)量范圍大、精度優(yōu)于差壓管式攻角側(cè)滑角傳感器，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可靠性高。所以某型攻角側(cè)滑角傳感器選用旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式測(cè)量原理測(cè)量飛機(jī)在飛行過程中的攻角的側(cè)滑角，分別輸出與被測(cè)角度成近似線性關(guān)系的電壓信號(hào)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

某型攻角側(cè)滑角傳感器由風(fēng)標(biāo)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(cè)滑角傳感器外形圖

傳感器主體采用流線型結(jié)構(gòu)，阻力小。外部螺釘均采用開槽沉頭螺釘，整個(gè)外表面不存在凸起的螺釘臺(tái)階。兩對(duì)風(fēng)標(biāo)距離殼體相對(duì)較遠(yuǎn)，且攻角風(fēng)標(biāo)和側(cè)滑角風(fēng)標(biāo)之間保持一定距離，既避免主體對(duì)風(fēng)標(biāo)紊流影響，又防止兩對(duì)風(fēng)標(biāo)之間的交叉干擾。機(jī)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(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

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

圖4 角度-電壓轉(zhuǎn)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?shù)炔糠纸M成。電阻體上的電阻膜可以根據(jù)需要配料，達(dá)到所要求的阻值。電位器座的圓周上均布三個(gè)開槽平端緊定螺釘，用以調(diào)節(jié)電阻體與電位器座上表面的平行度。

圖5 電位器組件

4 實(shí)現(xiàn)情況

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，生產(chǎn)了2臺(tái)某型攻角側(cè)滑角傳感器（實(shí)物見圖6），并進(jìn)行了特性、高溫、低溫等試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

圖6 某型攻角側(cè)滑角傳感器

從表中試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，某型攻角側(cè)滑角傳感器各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)要求。

5 結(jié)束語

通過2臺(tái)某型攻角側(cè)滑角傳感器零件的加工、產(chǎn)品的裝配調(diào)試，以及成品的各項(xiàng)試驗(yàn)，證明該方案合理、可行，產(chǎn)品滿足技術(shù)指標(biāo)要求，可以精確測(cè)量行器在飛行過程中攻角和側(cè)滑角。

參考文獻(xiàn)

[1]樊尚春.航空測(cè)試系統(tǒng)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[2]田裕鵬等.傳感器原理[M].科學(xué)出版社，2007.

[3]王勇等.現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)[M].西安電子科技大學(xué)出版社.2007.