直升机大气数据系统试飞校准方法_胡毓国.pdf

-39-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023中国科技信息 2023 年第 7 期航空航天试飞方法大气数据系统校飞的试验方法有多种，在实施过程中可以根据现有的测试设备和试验条件，选用不同的确定系统误差的飞行试验方法。目前最常用的方法主要有下列几种。基线测量法基线测量法也称航线测地速法，是一种较为直接的确定空速系统位置误差的方法。一般多用于平飞状态的空速系统校正，如果增加地面设备也可用于爬升及下滑飞行状态的校正。试验要求直升机在有标志的已知长度的基线内往返稳定平飞，测量通过该已知长度基线的时间、直升机飞行高度、速度、大气温度、风速和风向参数等。根据这些参数确定地速，计算出真速和指示速度，并与直升机仪表指示速度进行比较，即可得到速度测量值的误差。GPS 法使用 GPS 的测量结果作为速度基准，进行空速系统校准试验。由于 GPS 系统安装、使用简易，与其他测试仪器可以方便组合，通过 GPS 地面站差分计算可以获得较高的测试精度，并可以结合多种不同的空速系统校正试验方法，因此 GPS 法是进行空速校准获得广泛应用的一种方法。为提高空速系统校正飞行试验精度，多采用差分型GPS系统，它由机载 GPS 和地面 GPS 差分站组成。通过多颗卫星对移动目标与地面固定位置的 GPS 差分站（差分天线）相对位置的综合测量和计算，可以获得很高的水平位置和速度测量精度。此外因为使用 GPS 法对试验场地和保障条件要求较低，并且不需要空中其他飞机的支持，因此还可方便地进行不同飞行状态下的空速系统校准飞行。GPS 法包括水平飞行空速校正、GPS 爬升空速校正、下滑空速校正。塔侧飞行法塔侧飞行法是精确确定静压系统位置误差简便而优良的方法。它把已知高度的塔台作为观测点，在塔台上安装一台高精度高度表，每当直升机从塔侧面通过一次，则记录下直升机通过塔台时的压力或压力高度。试验机在距塔台一定距离的基线上以规定的速度往返稳定直线平飞通过塔台，机载测试设备记录直升机稳定平飞的高度和速度，直升机飞行高度偏差可在塔台上通过目视观测或照相和简单地几何关系加以确定。该试飞方法简单易行，但仅用于平飞状态地校准。行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度直升机大气数据系统试飞校准方法胡毓国 朱应平 徐 路胡毓国1 朱应平2 徐 路31.中国直升机设计研究所；2.太原航空仪表有限公司；3.海装驻南昌地区军事代表室直升机作为 20 世纪航空技术极具特色的创造之一，广泛用于运输、救护、消防、缉捕、医疗救助、农林、探矿、电力巡检等国民经济的各个部门；同时在军事领域可执行对地攻击、机降登陆、武器运送、后勤支援、战场救护、侦察巡逻、指挥控制、通信联络、反潜扫雷、电子对坑等任务。为了确保飞行安全和导航、飞行控制，需要准确、稳定的飞行大气参数（绝对气压高度、相对气压高度、指示空速、真空速、升降速度等），直升机上负责测量全部飞行大气参数的大气数据系统安装于载机平台后，为匹配系统安装位置的气动流场需通过空中试飞校准以获得精确和稳定的飞行大气参数，本文正基于此给出了几种直升机大气数据系统的试飞校准方法。中国科技信息 2023 年第 7 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023-40-航空航天拖拽空速管法拖曳空速管法是用悬挂在缆索上的总压/静压传感器测得直升机附近自由流场的总压和静压，并将这个结果与安装在直升机上的总压和静压系统所测得的结果进行比较。拖曳空速管法是地面和飞行支持量最小的飞行试飞方法，具有对所有飞行状态和高度校准的能力，并可与性能飞行试验结合进行，但在平飞、爬升和下降试验期间应能保证足够长的稳定状态飞行时间。标准飞机法标准飞机法是最快和最容易完成的方法，通过标准飞机和待校飞机采用正确的编队飞行以得到测试数据确定待校飞机的大气数据系统位置误差。它适用于全部空速，高度和飞行状态，其校准的高度和空速范围受标准飞机速度和高度范围的限制。对于直升机的低速可用地面车辆进行校准。这个方法需要采用特别装备和校准的直升机进行，需要注意的是，标准直升机的研制是昂贵的，并且需要定期用不同的方法进行校准。试飞设备、条件和科目试飞设备、试飞条件和试飞科目的选取对大气参数的修正十分关键，不同的算法修正公式需要不同的试飞设备、试飞科目和试飞条件下的数据，如果试飞设备、试飞科目和试飞条件选择得不恰当，就不能准确地反映直升机飞行时的实际情况，那么获得的试飞数据就不能满足某些算法修正公式的要求，这就直接影响到修正的准确度和输出参数的精度。试飞设备试飞所需包括地面支持设备和机载设备两部分，地面支持设备见表1，机载设备除一般机上已具备的组合导航系统、无线电高度表以及需校准的大气数据系统外，还需加装一些设备见表 2。试飞条件天气稳定，非恶劣气象；试验环境风速应小于 3m/s 且风向稳定；每个试飞科目要飞行 2 到 3 个有效架次，以保证测试数据的有效性和对比性，并且在进入测试航段时，每个试飞动作需稳定 30s 以上，以保证地面处理数据时可以选取平稳的数据段。试飞科目大气数据系统的校准试飞一般在正常重量下进行，但为获得重量对系统测量精度的影响，在保证试飞安全的情况下，可在空载和最大重量下安排部分科目进行试飞。正常重量下的试飞科目如下：悬停：地面悬停（离地 2m3m），无地效悬停（离地100m300m）；高 度 测 量：爬 升 至 500m、1 000m、1 500m、3 000m、最大飞行高度上稳定平飞；速度测量：有地效情况下，在 20km/h、30km/h、图 5 标准飞机编队图 4 直升机拖拽空速管图 3 塔测飞行示意图图 2 GPS 法爬升和下降空速校准飞行试验示意图图 1 基线测量法-41-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023中国科技信息 2023 年第 7 期航空航天50km/h、70km/h、90km/h 速度下往返平飞，无地效情况下，在 20km/h、30km/h、50km/h、70km/h、90km/h、120km/h、160km/h 等速度下往返平飞；爬 升 和 下 降：从 1 000m 爬 升 至 3 000m，分 别 以160km/h 前飞速率、5m/s 爬升率和 120km/h 前飞速率、10m/s 爬升率完成，爬升至 3 000m 稳定飞行一定时间后，下降至 1 000m，分别以 160km/h 前飞速率、-5m/s 下降率和 120km/h 前飞速率、10m/s 下降率完成；机动飞行：包括平飞加减速、最大功率连续爬升、俯冲拉起、锯齿爬升下滑、左/右侧滑飞行、悬停压杆、自旋着陆。试飞效果某大气数据系统将基线测量法和 GPS 法相结合进行了多次试飞，并按公式（1）、公式（2）对静压源误差进行了修正：Hps=Hpi+Hp 公式（1）Ps=f（Hp）=f（Vi）公式（2）其中 Hps 为标准气压高度（单位 m）；Hpi为待校准的气压高度（单位 m），Ps为静压修正值、Hp为气压高度修正值，最后转换为指示空速Vi的函数，得到的修正曲线见图 6，修正后的气压高度误差在 6m 以内，达到了飞行要求。按公式（3）、公式（4）、公式（5）对空速进行了校准：122gpsgpsVVVt+=公式（3）VcVt=公式（4）()ViVcVif Vi=公式（5）其中 Vgps1、Vgps2 分别为正反航向稳定平飞时的GPS 速度，Vt为真空速，Vc为校准空速，为大气密度比，Vi为测量指示空速，Vi为空速修正量，最后转换为Vi的函数，得到的空速修正曲线见图 7，修正后的空速指示误差在 3km/h 以内。结语本文对直升机大气数据系统装机试飞校准方法进行了阐述，并通过工程实践表明，方法确实可行、易于实施，实现了大气数据稳定、精确测量的目标，可以为更高的飞行品质提供了保证。图 7 空速修正曲线注：横坐标为指示空速（km/h），纵坐标为空速修正值（km/h）图 6 静压源修正曲线注：横坐标为指示空速（km/h），纵坐标为静压修正值（kPa）表 1 试飞所需地面支持设备序号设备名称功能技术指标备注1气压综合测试仪测量试飞机场的气压与气压高度气压：0.01%高度精度：0.5m2大气温度仪测量试飞时刻的地面气温范围：65 70 精度：0.13湿度计测量试飞时刻场面的湿度精度：优于 1%4地面风速风向仪测量试飞机场的风速风向风速精度：0.25m/s 风向精度：0.55探空气球确定试飞高度的真实静压气压：0.01%选用表 2 试飞所需机载设备序号设备名称功能技术指标备注1前置万向标准空速管 具有总压、静压、攻角、侧滑角、温度测量功能温度范围：65 70温度精度：0.8 攻角精度：0.5 侧滑精度：0.5加装2大气数据计算机采集、解算并输出标准空速管感受的总压、静压、攻角、侧滑角、温度总压精度：0.02%静压精度：0.02%温度精度：0.5加装3差分 GPS（DGPS）对移动目标与地面固定位置的 GPS 差分站（差分天线）相对位置的综合测量和计算，得到水平位置和速度；建议选用带大地水准面高数据的输出信号频率不小于 20Hz加装4数据记录仪同步记录大气数据计算机、差分GPS、大气数据系统、无线电高度表、惯导系统输出的数据实时全程记录，最长时长不小于 3h加装