用于飞行器的大气数据系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于飞行器的大气数据系统，尤其是一种用于测量大气数据的电极电弧传感器。该传感器包括一对电极，这一对电极彼此基本上平行布置以在其间形成流体间隙。该流体间隙被布置为接收诸如空气的流体流。电压源在操作上连接到这一对电极以生成电压并在其间诱发电弧。操作上连接到电压源的控制器被配置为命令电压源生成电压，直至诱发电弧。一旦诱发，就基于这一对电极两端的电压传感器来生成电压测量的时间序列。流体流作用于诱发的电弧周围的电离空气。随着电弧行进经过这一对电极，控制器基于电压测量的时间序列来确定流体流的流体速度和流体密度。流的流体速度和流体密度。流的流体速度和流体密度。

【技术实现步骤摘要】
用于飞行器的大气数据系统


[0001]本公开总体上涉及传感器系统，更具体地，涉及用于飞行器以测量空速和空气密度的大气数据传感器系统。

技术介绍

[0002]在航空电子系统中，许多传感器系统可用于测量飞行器的操作所需的诸如空速、空气密度、攻角、侧滑角等的本地大气数据。存在许多类型的传感器以用于生成大气数据，但是通常，广泛使用全静压系统来确定飞行器的空速。例如，为了计算空速，基于皮托管压力与通过静压口获得的静压之间的差异来确定动压。尽管广泛使用全静压系统，但是它们遭受诸如阻塞、在较高高度结冰以及在超音速和更快的速度下过热的一些共模故障。已开发出基于光检测和测距(LIDAR)的系统以克服这些共模故障中的许多。基于LIDAR的系统通过测量大气颗粒的激光散射以基于多普勒测量估计空速来操作。然而，在较高的高度(例如超音速或高超音速飞行的那些)，颗粒浓度太低以致无法估计大气数据，因此使得基于LIDAR的系统对于这些应用不可靠。因此，需要在保持不受现有大气数据系统的共模故障影响的同时在较高的速度和/或较高的高度下可靠地监测大气数据。

技术实现思路

[0003]根据本公开的一个方面，描述了一种用于测量流体数据的电极电弧传感器。该电极电弧传感器包括第一电极和第二电极，第二电极与第一电极基本上平行布置并间隔开以在其间形成用于接收流体流的流体间隙，其中，第一电极和第二电极直接接触流体流。电压源在操作上连接到第一和第二电极并且被配置为生成足以在其间诱发电弧的电压；并且电压传感器被配置为检测第一和第二电极两端的电压测量。控制器在操作上连接到电压源和电压传感器并且被配置为使电压源斜升直至诱发电弧。控制器从电压传感器生成电压测量的时间序列，并且基于电压测量的时间序列来确定流体流的流体速度和流体密度。
[0004]根据本公开的另一方面，描述了一种载具。该载具包括与流体介质直接接触的外表面。该载具还包括设置在外表面上以确定流体介质的流体数据的电极电弧传感器。该电极电弧传感器包括第一电极、第二电极、电压源、电压传感器和控制器。第二电极与第一电极基本上平行布置并间隔开以在其间形成用于接收流体流的流体间隙。第一和第二电极被布置为直接接触流体流。电压源在操作上连接第一和第二电极并且被配置为生成足以在其间诱发电弧的电压。电压传感器被配置为检测第一和第二电极两端的电压测量。控制器在操作上连接到电压源和电压传感器。控制器被配置为使电压源斜升，直至诱发电弧；从电压传感器生成电压测量的时间序列；基于电压测量的时间序列来确定流体流的流体速度和流体密度；以及将所确定的空速显示在指示器上。
[0005]根据本公开的另一方面，描述了一种确定穿过流体介质行进的载具的流体数据的方法。该方法包括控制电压源生成足以在第一电极和第二电极之间诱发电弧的电压，第一电极与第二电极基本上平行并间隔开以在其间形成用于接收流体流的流体间隙，其中，第
一和第二电极直接接触流体流。该方法还检测第一电极和第二电极两端的电压测量；使电压源斜升，直至诱发电弧；生成电压测量的时间序列；并且基于电压测量的时间序列来确定流体流的流体速度和流体密度。
附图说明
[0006]图1是根据本公开的示例的具有大气数据系统的飞行器的例示；
[0007]图2是根据本公开的示例的大气数据传感器的例示；
[0008]图3是根据本公开的示例的大气数据传感器的等效电路图；
[0009]图4是根据本公开的示例的大气数据系统的示意图；
[0010]图5是根据本公开的示例的在多个电弧循环上大气数据传感器的击穿电压的曲线图；
[0011]图6A至图6C是根据本公开的示例的操作中的大气数据传感器的例示；
[0012]图7是根据本公开的示例的将空速和空气密度与大气数据传感器的击穿电压联系起来的映射；
[0013]图8是根据本公开的示例的将空速和空气密度与大气数据传感器的电弧频率关联起来的映射；
[0014]图9是根据本公开的另一示例的大气数据传感器的示意图；
[0015]图10是根据本公开的示例的确定飞行器的大气数据的方法。
[0016]尽管本公开容许各种修改和替代构造，但是下面将详细示出和描述其某些例示性示例。本公开不限于所公开的特定示例，而是相反包括所有修改、替代构造及其等同物。
具体实施方式
[0017]以下详细描述将示出系统和方法的一般原理，其示例另外示出于附图中。在附图中，相似的标号指示相同或功能上相似的元件。
[0018]尽管示例性系统和方法可按不同的形式具体实现，但是在附图中示出并且在本文中将详细描述具有用于测量大气数据的电极电弧传感器的大气数据系统的具体示例，其形成飞行器的一部分。该大气数据系统可在需要测量非导电流体的流体速度和/或密度的各种应用中被实现为流体数据系统。例如，电极电弧传感器可被实现于(但不限于)下列的相对风测量：海面船舶；包括飞机、直升机、无人机、飞船、火箭等的飞行器；诸如火箭或导弹的远程武器；或者甚至诸如高速赛车的地面载具。将理解，本公开将被视为系统和方法的原理的举例说明，并非旨在将系统和方法限于本文所示出和描述的那样。例如，该系统和方法可被实现为用于高速大气数据测量的军事、商业或个人应用。因此，除非另外提及，否则本文所公开的特征可被组合在一起以形成附加组合。
[0019]该大气数据系统被配置为测量击穿电压V
B
或电弧频率f
arc
中的至少一个并将所测量的值映射到预定模型以估计对应空速V
AIR
和空气密度ρ
AIR
。预定模型可基于计算建模、飞行测试测量、风洞测量或其任何组合来生成，将更详细地讨论。
[0020]现在参照附图，具体地，参照图1，根据例示性实施方式描绘了飞行器的例示。在例示性实施方式中，飞行器100具有附接到机身106的机翼102、104。飞行器100包括附接到机翼102的发动机108和附接到机翼104的发动机110。飞行器100可包括多个轴线，例如沿着机
身106从头部112延伸到尾部114的纵向轴线111。另一轴线可包括弦线116。例如，机翼102、104可各自限定作为在气流118流动的方向上连接机翼的前缘和后缘的线的弦线116。应该理解，可以想到任何类型的弦线，例如翼根弦、平均空气动力弦、翼梢弦等。飞行器100的任何轴线也可被理解为弦线，例如，纵向轴线111可被理解为一种弦线。
[0021]飞行器100是穿过流体介质(例如，空气)行进的载具的示例，其中大气数据系统可根据所示的实施方式实现。大气数据系统提供由各种机载系统使用的关于大气数据的信息，以按照可靠地生成大气数据信息的方式在较高的高度和/或较高的速度下操作飞行器100。将以空气作为流体介质来描述例示性实施方式；然而，应该理解，也可以想到行进穿过或接收非导电流体的其它载具和/或物体。
[0022]所生成的大气数据可包括(但不限于)空速、空气密度、攻角(AoA)向量、侧滑向量等。飞行器100包括大气数据系统12本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量流体数据的电极电弧传感器(122,124,126)，该电极电弧传感器包括：第一电极(130)和第二电极(132)，所述第二电极与所述第一电极基本上平行布置并间隔开以在所述第一电极和所述第二电极之间形成用于接收流体流(118)的流体间隙(134)，其中，所述第一电极和第二电极直接接触所述流体流；电压源(154)，该电压源在操作上连接到所述第一电极和所述第二电极并且被配置为生成足以在所述第一电极和所述第二电极之间诱发电弧(160)的电压；电压传感器(156)，该电压传感器被配置为检测所述第一电极和所述第二电极两端的电压测量；以及在操作上连接到所述电压源和所述电压传感器的控制器(128)，该控制器被配置为：命令所述电压源生成电压，直至诱发所述电弧；从所述电压传感器生成电压测量的时间序列；以及基于所述电压测量的时间序列来确定所述流体流的流体速度和流体密度。2.根据权利要求1所述的电极电弧传感器，其中，所述控制器还被配置为：基于所述电压测量的时间序列来确定所述电弧的电弧寿命和击穿电压；以及基于所述电弧寿命确定所述流体速度并基于所述击穿电压确定所述流体密度。3.根据权利要求2所述的电极电弧传感器，其中，所述击穿电压和所述电弧寿命与流体数据模型进行比较以确定所述流体速度和所述流体密度。4.根据权利要求3所述的电极电弧传感器，其中，所述流体数据模型基于测试数据和仿真数据中的至少一者来预先确定，以将所述流体速度和所述流体密度二者与所述电弧寿命和所述击穿电压联系起来。5.根据权利要求1所述的电极电弧传感器，其中，各个电极具有面向所述流体间隙的电弧引发区域(140,142)。6.根据权利要求5所述的电极电弧传感器，其中，各个电弧引发区域限定所述第一电极和所述第二电极之间的最小间隙距离。7.根据权利要求1所述的电极电弧传感器，其中，所述第一电极和所述第二电极以小于初级冲击角的正向坡度角来成型，以使冲击形成最小化。8.根据权利要求1所述的电极电弧传感器，其中：所述第一电极包括子电极(184)的第一阵列(180)；所述第二电极包括子电极(186)的第二阵列(182)，其中，所述子电极的第一阵列中的各个子电极与所述子电极的第二阵列中的所选子电极配对以形成独特的多对子电极；所述电压传感器还被配置为检测所述多个子电极中的独特的各对子电极两端的电压；并且所述控制器还被配置为：基于独特的各对子电极处的所述电压测量的时间序列来映射所述电弧的时间序列轨迹；以及基于所述时间序列轨迹来确定攻角AoA向量或侧滑向量。9.一种载具(100)，该载具包括：与流体介质直接连通的外表面；以及设置在所述外表面上以确定所述流体介质的流体数据的至少一个电极电弧传感器
(122,124,126)，所述电极电弧传感器包括：第一电极(130)和第二电极(132)，所述第二电极与所述第一电极基本上平行布置并间隔开以在所述第一电极和所述第二电极之间形成用于接收流体流(118)的流体间隙(134)，其中，所述第一电极和第二电极直接接触所述流体流；电压源(154)，该电压源在操作上连接所述第一电极和所述第二电极并且被配置为生成足以在所述第一电极和所述第二电极之间诱发电弧(160)的电压；电压传感器(156)，该电压传感器被配置为检测所述第一电极和所述第二电极两端的电压测量；以及操作上连...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：