检测和隔离平头式大气数据系统（ＦＡＤＳ）的压力感测中的故障的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于检测和隔离压力感测系统的压力端口（２）和压力变换器（３）中的故障的系统和方法。该系统包括一组压力端口（２），以十字架形式与空间飞行器的头锥罩（１）齐平。三个压力变换器（３）经气动导管（４）连接到每一压力端口（２），测量来自压力端口（２）的表面压力。单独的电力供应单元（７、８、９）连接到三个压力变换器（３），对每一压力端口（２）处的压力变换器（３）供电。处理单元（１０）经配置获取来自压力变换器（３）的测得表面压力的电压输入。处理单元（１０）执行一个或一个以上等级的故障检查，电压输入来检测和隔离压力变换器故障和压力端口（２）的阻塞。有可能增强ＦＡＤＳ的压力估计的准确性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及特定来说空间飞行器中使用的平头式大气数据系统(Flush Air Data system,FADS)的压力感测系统的领域中的航空工程。更具体地说，本专利技术涉及一种用于检 测和隔离压力感测系统的压力端口和压力变换器中的故障的系统和方法。
技术介绍
空间飞行器、高速航行器和行星探测器的平头式大气数据系统(FADQ所利用的 压力感测系统一般由压力端口、气动管道和压力变换器组成。压力变换器测量来自压力端 口的表面气压，且向FADS处理器提供压力数据输入，所述FADS处理器又产生比如攻角、滑 角、马赫数和动压等大气数据参数。这些大气数据参数对于飞行器的引导和控制系统进行 实时控制和阵风载荷减轻至关重要，以便保护飞行器系统使其不会发生气动力加热，以实 行增益调度并用于沿着所要轨迹引导飞行器。因此，维持用于控制飞行器的这些压力测量 的准确性是很重要的。然而，可能因压力变换器中的故障或由于结冰或外来质粒子所引起的压力端口的 阻塞而发生压力测量的不准确性。被阻塞的压力端口和出故障的压力变换器造成所估计的 大气数据参数与其真实值的显著偏离，这可最终导致飞行器的飞行任务失去控制和失败。 研究1995年1月19日NASA的X-31实验航行器失事的原因的意外事故调查委员会已推理 出，冰在航行器的未加热的全静压系统中或上的堆积将错误的空速信息提供给了飞行控制 计算机。这导致总气压数据的错误读取，且致使航行器飞行控制系统自动针对较低速度而 错误配置。航行器突然开始在所有轴上振荡，上仰到超过90度的攻角，失去控制并坠落。此外，存在大气数据系统的压力端口被昆虫或由于飞行期间气动管道中所截留的 水结冰而密封的若干其它报告。这些事件可引起对起飞具有错误的空速指示的可能性以及 不适当的空勤组动作的可能性的关注，其导致高速中断的起飞或飞行中情景意识的丢失。 因此，始终需要从FADS计算中去除被阻塞的压力端口和/或出故障的变换器，以增强空间 飞行器中FADS的大气数据参数估计的准确性和可靠性。常规的故障检测和隔离(FDI)技术利用如神经网络等人工智能算法来识别被阻 塞的压力端口，所述技术是利用反演模型的间接且复杂的方法。在此类现有系统中，单个或 两个压力变换器连接到一个压力端口，其导致难以使端口阻塞与压力变换器故障隔离开。 此外，单个或两个变换器的供电是使用单个电源来完成的，其在发生电源故障时影响整个 压力测量。第7257470号美国专利描述基于人工智能的大气数据系统中的故障隔离方法和 设备，其特定针对基于人工智能的大气数据系统。此方法是需要与压力端口的数目一样多 的数目的神经网络的反演方法。所述方法主要依据FADS的输入参数来进行压力端口中的 故障检测，且因此其需要反演模型来解决压力测量故障。此类反演模型计算需要FADS中每 一压力端口处的压力估计的输出，其导致计算量大且复杂的过程。第M32914A号GB专利描述基于人工智能的大气数据系统中的故障检测，其也特 定针对基于人工智能的大气数据系统。此方法也利用大量神经网络来进行压力传感器的大 气数据产生和故障检测。现有技术系统的主要缺点在于，其依靠反演模型来估计压力端口 处的压力值，这使故障检测和隔离(FDI)变得复杂。并且，现有系统需要如残余压力的方差 等统计特性的广泛验证。相对于常规方法，利用众多神经网络来实现空间飞行器的压力感测系统中的压力 端口的大气数据产生和故障检测。然而，这些方法涉及用于故障检测的反演模型，其在FADS 上处理起来非常困难且复杂。为了克服上文提到的现有技术的不足，需要具有减小的计算 负担和对于机载实施观点的适宜性的FDI方案。因此，需要提供一种用于检测和隔离压力 感测系统的压力端口和压力变换器中的故障的改进的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的目标本专利技术的目标是提供一种用于检测和隔离压力感测系统的压力端口和压力变换 器中的故障的系统，其增强FADS的压力估计的准确性和可靠性。本专利技术的另一目标是提供一种用于检测和隔离压力感测系统的压力端口和压力 变换器中的故障的系统，其实现实时控制空间飞行器所需的准确且可靠的大气数据产生。本专利技术的又一目标是提供一种用于检测和隔离压力感测系统的压力端口和压力 变换器中的故障的方法，其直接、简单、十分安全且准确。本专利技术概述根据一个方面，实现所述目标的本专利技术涉及一种用于检测和隔离压力感测系统的 压力端口和压力变换器中的故障的系统，所述系统包括一组压力端口，其以十字架形式与 空间飞行器的头锥罩齐平。三个压力变换器经由气动导管连接到每一压力端口，用于测量 来自所述压力端口的表面压力。单独的功率供应单元连接到所述三个压力变换器，用于对 每一压力端口处的压力变换器供电。处理单元经配置以获取对应于来自所述压力变换器的 所测得表面压力的电压输入。所述处理单元执行一个或一个以上等级的故障检查，以基于 所述电压输入来检测和隔离压力变换器故障以及所述压力端口的阻塞。因此，有可能增强 FADS的压力估计的准确性和可靠性。根据另一方面，实现所述目标的本专利技术涉及一种用于检测和隔离压力感测系统的 压力端口和压力变换器中的故障的方法，其包括通过在压力端口处测得的表面压力的交 叉比较来将压力端口阻塞故障与压力变换器故障区分开。在飞行阶段的特定瞬间以粗略水 平确定测得的表面压力是否在所要范围内。检查关于测得的表面压力的恒定压力和速率， 以识别压力端口中的完全或部分阻塞以及压力变换器上的突发故障。从沿着飞行器头锥罩 的垂直和水平子午线定位的压力端口的预定义组合产生若干组结构化的攻角和侧滑角估 计值。基于所述组结构化的攻角和侧滑角估计值来检测和隔离垂直和水平子午线上压力端 口和压力变换器中的故障。附图说明将参看附图更详细地论述本专利技术。图1展示根据本专利技术的示范性实施例的用于检测和隔离压力感测系统的压力端 口和压力变换器中的故障的系统；图2说明根据本专利技术的原理的端口压力与马赫数之间描绘的曲线图；图3说明根据本专利技术的原理的压力端口的几何形状和编号方案；以及图4说明根据本专利技术的示范性实施例的用于检测和隔离压力感测系统的压力端 口和压力变换器中的故障的方法的流程图。具体实施例方式参看图1，根据本专利技术的示范性实施例，说明一种用于检测和隔离压力感测系统的 压力端口 2和压力变换器3中的故障的系统。此系统检测空间飞行器中的被阻塞的压力端 口 2和有缺陷的压力变换器3。所述系统包括九个压力端口 2、气动管道4和平头式大气数 据系统(FADS)处理器10作为主要组件，以及其它组件。九个压力端口 2中的每一者具备 三个绝对压力变换器3，即系统中总共有二十七个压力变换器，用于获得压力测量结果。压力端口 2以十字架形式布置于飞行器的头锥罩1上。每一压力端口 2借助于气 动管道4连接到三个压力变换器3。气动导管4的一端使用适配器5连接到压力端口 2，而 另一端连接到安装于接口托架6上的压力变换器3。因康镍合金anconel)气动导管4应 具有1. 75mm的内径、3. 175mm的外径和600+/_50mm的长度，以满足FADS的工作飞行状态中 大于50Hz的自然频率的频率响应要求和小于20毫秒的时间常数。压力变换器3容纳在单个封装中以便测量压力并且还提供使变换器故障与压力 端口阻塞故障本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测和隔离平头式大气数据系统（ＦＡＤＳ）的压力感测系统的压力端口和压力变换器中的故障的系统，其包括：　　多个压力端口，其以十字架形式与空间飞行器的头锥罩齐平；　　至少三个压力变换器，其经由多个气动导管连接到每一压力端口，用于测量来自所述多个压力端口的表面压力；　　至少一个功率供应单元，其单独连接到所述至少三个压力变换器，用于对每一压力端口处的所述至少三个压力变换器供电；以及　　处理单元，其经配置以获取对应于来自所述至少三个压力变换器的所述测得表面压力的电压输入，其中所述处理单元执行一个或一个以上等级的故障检查，以基于所述电压输入来检测和隔离压力变换器故障和所述多个压力端口的阻塞。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：加亚库马·马哈文皮赖，
申请(专利权)人：印度太空研究组织，
类型：发明
国别省市：IN