[發(fā)明專利]適用于低氣壓下的風速、風向標定系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107884598B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發(fā)明（設計）人: 李西園;高慶華;王晶;侯雅琴;畢研強;林博穎;李培印;呂劍鋒
• 申請（專利權）人: 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所
• 主分類號: G01P21/02
• 分類號: G01P21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提出了一種適用于火星等低氣壓下的風速/風向傳感器標定系統(tǒng)，其包括待標定風速傳感器、真空環(huán)模系統(tǒng)、可調(diào)速轉臺系統(tǒng)、懸臂、步進電機、步進電機控制器等,通過一定速度的旋轉實現(xiàn)傳感器相對氣體的運動，步進電機及聯(lián)軸器控制傳感器角度以實現(xiàn)風向的模擬，以實現(xiàn)二維風向的模擬。本發(fā)明基于現(xiàn)有設備實現(xiàn)了對雙絲式熱線風速傳感器的標定，結構簡單，可靠性高，有效提高了試驗效率。

技術領域

本發(fā)明屬于航天器、航空器地面試驗技術領域，具體涉及到一種在地面模擬低氣壓風速環(huán)境時，通過旋轉方式實現(xiàn)在低氣壓下熱式風速傳感器的風速、風向標定的系統(tǒng)。

背景技術

隨著我國航天任務的多樣化和成熟化，火星等其他地外行星的探測已經(jīng)逐步開展，為了達到對著陸器、巡視器等星表航天器的全面驗證及模型修正等目的，需要對星表環(huán)境進行溫度、壓力、風速的復合模擬，除常見的壓力、溫度環(huán)境外，一般還需要對風速進行模擬預測量。此外，平流層飛艇等航空器亦提出了類似的需求，這就需要在低氣壓下通過傳感器對風速、風向進行精確的測量。

目前常見風速傳感器依據(jù)原理可分為熱式、超聲波式、皮托管式、機械式、激光粒子測速等方式，在地面巡視器熱試驗中，受限于測量點數(shù)、傳感器大小等限制，使用熱式風速儀進行測量具有較大優(yōu)勢。

由于熱式風速傳感器的原理主要是通過對敏感頭加熱，在平衡狀態(tài)通過敏感頭溫度、散失熱量(加熱熱量)即可精確計算來流空氣溫度，其原理決定了壓力、流體溫度變化較大時，其輸出亦會變化，需要對溫度、壓力、風速傳感器輸出進行精確的測量，需要在不同的溫度、壓力、風速環(huán)境下對風速傳感器進行標定、測試，獲得不同溫度、壓力環(huán)境下傳感器輸出到風速的函數(shù)。

目前NASA、ESA、JAXA等機構均開展了風速傳感器在低氣壓下使用的標定研究，其主要使用低氣壓風洞，或在熱真空容器中搭建風道，使用引射的方式進行標定，其系統(tǒng)較為復雜；清華大學、北京航空航天大學等高校亦曾開展低氣壓下的風速標定研究，但主要針對于航空領域，壓力一般在10000Pa，溫度一般在室溫左右，缺乏對火星環(huán)境(700Pa，-120～30℃左右)的模擬能力。

此外，在風向模擬方面，由于目前低氣壓下的風速測量主要為單絲熱線風速儀及熱球風速儀，對于風速的模擬需求不大，故現(xiàn)有低氣壓下的熱式風速儀標定系統(tǒng)只具有風速的標定能力，缺乏對風向的模擬能力。

因此，設計和發(fā)明一種可在不同壓力、氣體溫度下對熱式風速儀風速、風向進行標定的設備具有積極的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是在低氣壓、低溫條件下提供一個穩(wěn)定、均勻的風速場，為熱式風速傳感器的風速、風向標定提供支撐，同時解決風速傳感器信號在電動轉臺上的變送、傳輸問題，滿足未來火星探測器、平流層飛艇等測試、試驗用風速傳感器的標定、測試問題，并兼具一定的擴展能力。

為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術方案如下：