[發明專利]一種基于空速管的小型無人機結冰探測方法

有效

• 申請號: 201711485956.5
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108357683B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 何洋;苑偉政;呂湘連;李小婷;管杰;王宇;朱寶
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64D15/20
• 分類號: B64D15/20
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明公開了一種基于空速管的小型無人機結冰探測方法，屬于結冰探測技術領域。該方法，根據動壓、總壓數據是否異常來判斷是否結冰，判斷過程如下：直接通過無人機上的空速管和大氣數據測量系統來循環獲取靜壓信號和總壓信號，若在t₀時刻開始，靜壓數值連續15s以上保持恒定值P_s(t₀)，則說明靜壓口結冰堵塞；若在t₀時刻開始,總壓數值突降，一段時間之后保持恒定，則總壓口結冰；如果兩種情況都發生，說明兩個孔都結冰。所以，不管出現哪種情況，都可以判斷已經開始結冰。此結冰探測方法使用無人機上本身的空速管以及大氣數據探測系統，不需要額外增加其他裝置，容易判斷是否已經結冰，適用于小型無人機的結冰探測。

技術領域

本發明涉及結冰探測技術領域，對空速測試系統進行分析研究，從無人機實際飛行情況出發，通過對靜壓、總壓數據的分析提出一種基于空速管的結冰探測技術，可應用于小型無人機結冰探測。

背景技術

飛機結冰會影響飛行性能，威脅飛行安全，嚴重時會導致飛機墜毀。結冰傳感器實時監測結冰信號，配合機載除冰裝置工作，有效保證結冰氣象條件下飛行安全性。

目前已提出的結冰探測典型方法有攝像法、光纖法、電容法、諧振法等等，但是現有的結冰傳感器要么不具備實時性，要么價格昂貴，且都需要對無人機進行改動，不適用于小型無人機。

當飛機空速管結冰時，空速管的總壓孔和靜壓孔可能會因結冰而堵塞，飛機總壓值以及靜壓值可能會出現異常，從而導致某些大氣參數數據異常，受此啟發，提出一種基于空速管的小型無人機結冰探測技術，根據空速管所測靜壓和總壓數據是否異常判斷結冰現象是否發生。

發明內容

本發明提出一種適用于小型無人機的結冰檢測技術，可以使用無人機原本的空速管，不需要對表面做任何的改動，信號檢測容易，價格低廉，適用于小型無人機。

為了研究清楚總壓、靜壓數據與結冰之間的關系，有必要先弄清楚總壓、靜壓數值的影響因素。在討論影響因素之前，先了解下下面幾個參數的定義：

指示空速V_i：假定大氣密度不隨高度變化，靜壓和大氣溫度為常數，用海平面標準面的大氣靜壓和大氣溫度算出來的空速。

氣壓高度H_p：從無人機到一個標準大氣壓氣壓平面(760mmHg)的垂直距離。

如圖1所示，空速管是測量氣流總壓和靜壓以確定氣流速度的一種管狀裝置，通常將其安裝在飛機外面氣流較少受到影響的區域，比如飛機頭部或者機翼前緣等。測速時，將空速管頭部對準來流，此時頭部來流方向所開的小孔A稱為總壓孔，感受來流總壓P_o(靜壓和動壓之和)；外套管壁上均勻地開有一排靜壓孔B，感受來流靜壓P_s。

已知總壓P_o、靜壓P_s、動壓P_q關系為：

P_o＝P_s+P_q (1)

無人機的飛行速度都比較低(Ma遠遠小于1)，且一般在對流層中飛行(氣壓高度H_p小于11000米)。在此范圍內可知：

考慮無人機處于亞音速且空氣壓縮，指示空速V_i(Km/h)與動壓P_q(kPa)關系式為：

用matlab繪制動壓與指示空速之間的函數關系如圖2所示：

從圖2可以看出動壓隨著指示空速的增加而增加。