飛行器用大氣感測器

1. 一些原理

1.1壓力—高度

測得飛行器所處位置的大氣靜壓，則可以獲取飛行器的高度。標準氣壓高度與大氣靜壓有以下關係：

上式中：HP為標準氣壓高度，PS為大氣靜壓，P為標準海平面的大氣壓。

1.2 壓力—速度

對於亞音速，飛行器的真空速與壓力之間的關係為：

式中：V為真空速，a為當地聲速，對於空氣=1.4，P為靜壓，P為總壓。

式中：R為理想氣體常數，R=287.06 J/（kg·K）；T為溫度。

對於超聲速，飛行器的馬赫數與壓力之間的關係為：

上式中：M為馬赫數。

2飛行器大氣感測器

2.1氣壓式高度表

氣壓式高度表通過測量環境大氣靜壓間接測量飛行器高度，需要以壓敏元件作為感測器採集大氣壓力數據。目前飛行器上所使用的傳統氣壓高度表利用真空膜盒受到壓力作用後變形產生相對位移(應變)進行壓力信號敏感測量。

隨著微機電技術的不斷發展，以硅阻壓力感測器為基礎的數字式氣壓高度表已廣泛應用於小型飛行器以及無人機等飛行器中。受地球重力影響，高度較高時氣壓高度表的解析度會下降。受地球大氣變動影響，環境大氣壓力與溫度始終處于波動狀態。但是，由於大氣變動比較緩慢，因此短時間內氣壓高度表精度較高。隨著時間變長，大氣壓力與溫度波動變大，會給高度測量帶來較大誤差。為了提高氣壓式高度表的精度，可以將其與衛星導航測量、無線電高度測量、慣導測量等進行融合。

與GPS融合

與無線電測高融合

與慣性測量融合

2.2大氣數據感測器

通過總靜壓感測器、總溫感測器、風標等可以測量總壓、靜壓、動壓、溫度、迎角，並間接得到速度、馬赫數等信息。

對於總靜壓的測量，目前主要存在兩種不同類型的測量形式。第一種是採用總壓感測器加機身靜壓孔的方式，利用突出蒙皮的總壓感測器測量總壓，以及嵌入在蒙皮表面的機身靜壓孔測量靜壓。第二種是採用空速管（皮託管）的方式，總壓口位於總靜壓管的頭部，空氣流動到總壓口時，在此滯止，速度為零，因而可以測得氣流的總壓。在空速管的側面一周開有靜壓孔，用來測量靜壓。

總溫感測器分阻滯型和音速型兩種。阻滯型感測器的阻滯室呈先擴張後收縮的形態，擴散段的氣流流速逐漸降低，在T型管道交界處流速降低到最低，通過放置於交界處的感溫元件測量阻滯溫度；音速型總溫感測器的管道是先收縮後擴散的拉瓦爾管，利用拉瓦爾管的喉頭處能穩定地保持氣流速度等於音速的特性，放置感溫元件就能方便地測出總溫。

智能探頭大氣數據感測器是集成測量(總壓、靜壓)和解算(迎角、速度、高度)為一體的大氣數據感測器。智能探頭式大氣數據感測器由L形多功能探頭和大氣數據計算機構成。氣流遇到L型探頭的頂端後受到阻滯，速度降為零，此處開孔可以測得總壓P；隨後氣流向後方流動，側面上下開的一對靜壓孔用於測量靜壓。大氣數據計算機利用這一對靜壓孔與迎角之間的關係，可以計算得到迎角，在接收到來自溫度感測器的信號後，經過相關校準演算法，計算得到速度、高度等信息，最後以數據匯流排形式輸出總壓、靜壓、迎角、高度、速度等大氣數據參數。與傳統的分散式大氣數據測量系統相比，具有集成度高、可靠性高的優點。

參考：

[1]許琪.基於Kalman濾波的數字式大氣數據計算機實現方法.

[2]郝振海.黃聖國.高精度氣壓高度表的研製.

[3]李睿佳.機載大氣／慣性數據信息融合與評估技術研究.

[2]汪發亮.智能探頭式大氣數據感測器的應用研究.

[5]汪發亮，魏劍龍，錢瑞戰.基於計算流體力學的大氣數據感測器應用研究.

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