【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机载传感与智能化，具体是一种基于内嵌式压力测量的飞行器舵面状态实时感知方法及感知系统。
技术介绍
1、飞行器准确测量飞行中的大气参数是飞行器有效控制和安全飞行的必要条件，因此我们需要精准测出飞行器飞行时的大气参数，如气流的静压、动压、攻角、高度和马赫数等数据。现在飞行器上已经配备了各种先进的大气参数测量装置，比如传统的大气参数测量系统，或是嵌入式大气数据传感系统。但是，用于操纵飞行器姿态的各类舵面，如副翼、方向舵和升降舵等，虽然其在飞行器飞行过程中扮演着重要的作用，却缺乏完善的舵面角度感知和反馈技术，当舵面出现“卡死”或者分离的情况时，飞行员或者飞控系统无法及时发现，从而容易导致飞行安全事故的发生。
2、现行的飞行器舵面控制系统包括操纵杆、传动机构和舵面执行器。操纵杆由飞行员操作或飞控系统控制，通过传动机构传递操纵指令给舵面执行器。舵面执行器通过电动机或液压驱动舵面的运动，实现飞机姿态和飞行方向的调整。而在这一个过程中，舵面真实气流角度的信息是未知的，飞行员或者飞控系统只能通过执行器的位置来指示现在舵面的角度。如果存在机械故障或者舵面失效等情况，执行器的位置指示会错误地报告舵面的真实角度，从而增加额外的风险。
3、因此，为了提高对飞行器舵面故障的监控能力，人们也做了许多新的尝试。从公开专利技术中可知，现有的技术包括在舵面作动器上布置一个位移传感器(cn202211390687.5)，用于反馈舵面位置，或者创建飞行器舵面故障状态的飞行模型，通过飞行器舵面故障状态下飞行模型得到不同的飞行器舵面故
技术实现思路
1、针对现有飞行器缺乏舵面角度和流动状态感知和预警的技术问题，本专利技术提供一种机载飞行器舵面实时感知装置和感知方法，能够直接从流动状态上进行故障识别。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种飞行器舵面状态实时感知方法，包括以下步骤：
4、步骤1，基于内嵌式压力传感器获得舵面表面的动态压力，用于气流角度的解算；
5、步骤2，将动态压力信号经过内嵌式处理器处理后，转化为气流角度信号；
6、步骤3，将舵面的气流角度信号与飞行员或飞控系统输入的控制角度进行比对，判断舵面是否存在卡死或失效。
7、作为优选，步骤1中，所述压力传感器所对应的表面测压点的位置相对固定，其位置通过设计初期的数值计算或风洞校准实验确定，其分布方式为间隔分布，确保互相之间不存在干扰。而通过测压点测量得到的压力信息为pi,并通过经典的“三点法”算法解算得到名义舵面角度为δe。名义舵面角度δe是该解算过程中的中间量，其表示在未进行误差修正前，通过“三点法”计算得到的初始舵面角度，为后续的舵面角度修正提供输入。
8、作为优选，压力传感器设于飞行器舵面的上下表面截面测压孔，通过测量舵面表面的流动状态得到动态压力信号pi。
9、作为优选，步骤2中，受到模型表面流动的影响，所述舵面真实角度与名义舵面角度δe之间存在舵面角度的修正量δδ，通过以下公式校准得到：
10、
11、其中，δδ＝δe-δreal,是舵面角度的修正量；δe为当地通过“三点法”解算的名义舵面角度，δreal为真实舵面气流角度，ai为多项式公式的系数，与来流马赫数m∞有关，通过风洞校准实验获得，则当地舵面的真实气流角度为：
12、δreal＝δe-δδ。
13、作为优选，将得到的真实舵面气流角度δreal和飞控系统输出的预设舵面角度δset进行比较，判断真实舵面气流角度是否达到预设的角度。
14、作为优选，通过地面实验标定获得操纵舵面杆位与对应舵面的偏角关系，舵面的预设值为δset，若|δset-δreal|≤ε，其中ε为系统预设的误差值，则认为舵面实时角度处在预设范围之内，舵面正常工作；若|δset-δreal|>ε，则认为舵面实时角度没有达到预设范围，舵面没有正常工作，进行预警。
15、本专利技术还公开了一种基于内嵌式压力测量的飞行器舵面状态实时感知系统，包括内嵌式压力传感器、内嵌式处理器、信号传输模块和角度比较模块；内嵌式压力传感器用于采集舵面上下表面的动态压力信号并发送至内嵌式处理器处理；内嵌式处理器收集压力信号并实时转化为数字信号，通过角度解算算法求解当前舵面所处的气流角度，并基于信号传输模块将解算结果传输至状态比较模块；状态比较模块将求解出的气流角度，与飞行员或飞控系统输入的舵面控制指令进行比对，判断舵面是否到达指定位置，通过输出端给飞行员或飞控系统提供舵面角度反馈信号。
16、作为优选，内嵌式压力传感器为微型表面孔式压力传感器，设于飞行器舵面的上下表面截面测压孔内，基于该传感器测量得到目标位置实时的表面动态压力信号。
17、作为优选，内嵌式处理器基于表面动态压力信号解算舵面的实时气流偏角以及表面流动状态，并根据气流偏角和表面流动状态，提供舵面真实角度和流动状态的反馈信号。
18、作为优选，若判断舵面没有到达指定位置，系统将发出预警信号，并将预警信号投影到驾驶舱屏幕上产生红色闪烁亮光，同时发出警示音提示，提醒飞行员或飞控系统进行故障排除和应急操纵，避免舵面故障导致的飞行安全事故。
19、有益效果
20、本专利技术所提出的一种基于内嵌式压力测量的飞行器舵面状态实时感知方法和装置，具有自主测量、自主解算、自主预警的能力，能够在飞行器舵面角度出现异常或发生故障时，及时给飞行员发出提醒信号(亮光和警示音)或给飞行控制系统提供故障信号，从而降低舵面故障带来的影响，提高飞行的安全性。
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1.一种飞行器舵面状态实时感知方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1中的飞行器舵面状态实时感知方法，其特征在于，步骤1中，所述压力传感器所对应的表面测压点的位置相对固定，其测量得到的压力信息为Pi,并通过“三点法”算法解算得到名义舵面角度为δe。
3.根据权利要求2中的飞行器舵面状态实时感知方法，其特征在于，压力传感器设于飞行器舵面的上下表面截面测压孔，通过测量舵面表面的流动状态得到动态压力信号Pi。
4.根据权利要求2中的飞行器舵面状态实时感知方法，其特征在于，步骤2中，受到模型表面流动的影响，所述舵面真实角度与名义舵面角度δe之间存在舵面角度的修正量Δδ，通过以下公式校准得到：
5.根据权利要求4所述的飞行器舵面状态实时感知方法，其特征在于，步骤3中，将得到的真实舵面气流角度δReal和飞控系统输出的预设舵面角度δset进行比较，判断实时舵面气流角度是否达到预设的角度。
6.根据权利要求4所述的飞行器舵面状态实时感知方法，其特征在于，通过地面实验标定获得操纵舵面杆位与对应舵面的偏角关系，舵面的预设值为δ
7.一种飞行器舵面状态实时感知系统，其特征在于，包括内嵌式压力传感器、内嵌式处理器和状态比较模块；
8.根据权利要求7所述的飞行器舵面状态实时感知系统，其特征在于，所述内嵌式压力传感器为微型表面孔式压力传感器，设于飞行器舵面的上下表面截面测压孔内，基于该传感器测量得到目标位置实时的表面动态压力信号。
9.根据权利要求7所述的飞行器舵面状态实时感知系统，其特征在于，内嵌式处理器基于表面动态压力信号解算舵面的实时气流偏角以及表面流动状态，并根据气流偏角和表面流动状态，提供舵面真实角度和流动状态的反馈信号。
10.根据权利要求7所述的飞行器舵面状态实时感知系统，其特征在于，若判断舵面没有到达指定位置，系统将发出预警信号，并将预警信号投影到驾驶舱屏幕上产生红色闪烁亮光，同时发出警示音提示，提醒飞行员或飞控系统进行故障排除和应急操纵，避免舵面故障导致的飞行安全事故。
...【技术特征摘要】
1.一种飞行器舵面状态实时感知方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1中的飞行器舵面状态实时感知方法，其特征在于，步骤1中，所述压力传感器所对应的表面测压点的位置相对固定，其测量得到的压力信息为pi,并通过“三点法”算法解算得到名义舵面角度为δe。
3.根据权利要求2中的飞行器舵面状态实时感知方法，其特征在于，压力传感器设于飞行器舵面的上下表面截面测压孔，通过测量舵面表面的流动状态得到动态压力信号pi。
4.根据权利要求2中的飞行器舵面状态实时感知方法，其特征在于，步骤2中，受到模型表面流动的影响，所述舵面真实角度与名义舵面角度δe之间存在舵面角度的修正量δδ，通过以下公式校准得到：
5.根据权利要求4所述的飞行器舵面状态实时感知方法，其特征在于，步骤3中，将得到的真实舵面气流角度δreal和飞控系统输出的预设舵面角度δset进行比较，判断实时舵面气流角度是否达到预设的角度。
6.根据权利要求4所述的飞行器舵面状态实时感知方法，其特征在于，通过地面实验标定获得操纵舵面杆位与对应舵面的偏角关系，舵面的预设值为δset，若|δset...
【专利技术属性】
技术研发人员：李琳恺，顾蕴松，王傲，方瑞山，林思航，彭骞，王岩，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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