飞机上的传感器:涨姿势!各式传感器在飞机制造领域的应用 – 全文

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飞机上的传感器:涨姿势!各式传感器在飞机制造领域的应用-全文相关推荐STVL53L1X飞行时间传感器测距可提升到…低功耗和快速测距性能让VL53L1X特别适用于移动机器人的循墙行走、悬崖检测、避撞功能和无人机或无人…发表于2018-05-2608:08?260次阅读开辟手机边框交互新天地,纽迪瑞科技边缘触控压力传…由全球电子技术领域最大媒

飞机上的传感器:涨姿势!各式传感器在飞机制造领域的应用 - 全文

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航空通用传感器(Aerial Common Sensor)是指美国陆军的航空通用传感器(ACS)计划,旨在提供实时的地面威胁情报。该计划的初衷是要取代庞巴迪公司21吨重的RC-7B侦察机和雷声公司6吨重的RC-12侦察机。机上载荷6吨,包括光电红外(EO/IR)传感器、信号情报设备和SAR/MTI雷达,用以探测300千米内的目标。飞机的续航时间为10小时,时速650千米。
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中文名
航空通用传感器
外文名
Aerial Common Sensor
英文缩写
ACS
国 家
美国
目 的
提供实时的地面威胁情报
续 航
10小时
目录
1
简介
2
功能及组成
3
研制历程
?
诺思罗普?格鲁曼公司
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哈里斯公司
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伊姆布拉尔公司
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配置计划
航空通用传感器简介
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语音
由于在未来战争当中各军兵种之间必须在情报系统层面上进行更为密切的配合,各军兵种在配备的情报搜集系统方面也必须一致,因此,五角大楼考虑将美国陆军和海军一起纳入下一代空中情报搜集项目行列当中。这一新项目被称做航空通用传感器项目(Aerial Common Sensor,简称ACS项目)。目前,ACS用于美军的机载ISR(情报、监视、侦察)系统的计划正在进行之中。
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航空通用传感器功能及组成
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语音
这一系统可携带若干传感器,通过提供可迅速部署的“效能倍增器”系统来满足战场作战人员和地面部队指挥官的特殊需求。该系统是陆军向未来“理想部队”改革的重要条件。它将取代陆军现行的由TRW公司设计的RC - 12“护拦”通用传感器和诺斯罗普?格鲁曼公司的低空机载侦察系统(ARL)。据美国陆军情报、电子战和传感器(IEW&S)计划执行办公室公布的消息,ACS将设计为多功能情报采集系统,它包括图像情报、信号情报、精确位置系统、移动目标指示器和合成孔径雷达。这一系统将拓宽以往系统的能力范围,并将其融于一个能够满足地面指挥部的迅速部署、编排和升级要求的系统之中。它将为部队收集信号情报、图像以及测量和收集特征数据。航空通用传感器的信号情报(SIGINT)子系统在部队防区内能够提供更精确的目标、图像和地面位置,并将把分布式的通用地面系统部队(DCGS - A)作为它的地面系统。它不仅能够提供通信情报(COMINT),还将提供电子情报(ELINT)。COMINT将覆盖语音和数据传输,而ELINT将覆盖高频率发射机(例如雷达)。其中,精确信号情报能力是该系统最优先考虑的,它将存在于基本的构型中。图像情报/特征信号情报(IMINT/MASINT)合成子系统则可以支持从维和到其它军事行动在内的范围广泛的任务。另外,地面和空中子系统还能够控制和使用无人飞行器模块有效载荷。这能够使地面指挥部对战斗区域进行持久的监视。不仅如此,为不同类型任务飞行装模块式载荷,可以减少ACS的总费用,避免了必须在每架飞机上装所有传感器的费用。ACS系统将由人工空中收集平台、地面处理基础设施、多频率数据链路组成,并具有高效灵活的通讯能力和卫星遥控操作能力。系统一旦具备了遥控操作能力,它将不必移动,就能通过卫星向地面处理站卸载收集到的信号和信息。(现在的技术对于遥控操作和提供必须的速度不成问题,而面临的挑战是如何确保机载系统使用适合的通信协议来通过卫星向固定的接收站发送信息)。 同时,ACS还将具有“生长能力”,并能在96小时内自动部署到世界的任何一个角落。ACS平台首先将装备美国陆军,之后再装备海军,并作为海军现在由“猎户”P - 3飞机为机身基础的EP - 3E “白羊”II型飞机的替代物。
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航空通用传感器研制历程
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语音
2000年1月,美国政府宣布进入对ACS系统的概念开发阶段。次年早些时候,选定了3家工业集团来完成这项概念开发。之后,美国政府为了在这套系统的发展和实验阶段进行技术演示和降低项目风险,从中又选择了两家承包商进入组件高级开发(CAD)阶段,即由诺思罗普?格鲁曼公司和洛克希德?马丁公司牵头的两大工业集团。组件高级开发阶段合同价值3500万美元,合同期限15个月,要求进行技术演示和涉及到关键系统组件的风险降低工作。这一选择标志着自2000年5月以来的为期18个月的概念探索阶段结束。由于美军代表表示正在进行的“征求/提议/确定”过程是一个“完全和开放的竞争”,因此两大集团在最近的美国陆军协会(AUSA)年会上摘要阐述了他们各自的ACS概念。由于飞机的操作和维护将占去费用的主要部分,系统的最终费用将取决于使用的机载平台。因此,机载平台的选择也就成为了两大集团的主要竞争点。
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航空通用传感器诺思罗普?格鲁曼公司
诺思罗普?格鲁曼公司的代表在这次会议上宣布了湾流公司加入其牵头的ACS研发集团。这一宣布标志着诺?格集团对“湾流”最新机型的选择,即将G450飞机作为ACS RC - 20的平台。(RC - 20是G450飞机的军用派生机型)。G450基本上是G400加上G550和RC - 20的特点而设计的。G450改进了发动机和G550座舱,以便于副驾驶进行其它任务操作。此外,它还提供了120千瓦的电力。注意到美国陆军和海军都对坚固的机身和系统性能有所要求,比尔?亚当斯突出了集团对使用者需求的理解,并表示,对G450机型的选择不仅适合现在的需要,而且也适合集团对于未来“客观”需要的预期。诺?格集团成员将G450/RC - 20称为一个超过了它的前辈G4和G400的“飞行使命的完全的进步”,并将其基础平台描述为“在所有飞机中最能体现先进科技的商用喷气机”。2003年7月,诺?格公司的竞争对手洛克希德?马丁公司宣布哈里斯公司和伊姆布拉尔公司将加入由其牵头的研发ACS的集团。目前这一集团正致力于体系结构的研发工作,这是2002年为期15个月的《组件高级研发合同》的一部分。
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航空通用传感器哈里斯公司
哈里斯公司将主导核心信息系统通信部分的研发工作,并在情报处理系统的研发工作中发挥重要作用。它将协助洛?马公司完善ACS的现有通信体系结构,包括各种甚高频(VHF)和超高频(UHF)无线电通信、机载卫星通信(SATCOM)和通用数据链。此外,它还为ACS提供关键信号情报/图像情报(SIGINT/IMINT)开发技术,以确保新一代情报处理系统为作战人员提供近实时作战情报。
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航空通用传感器伊姆布拉尔公司
而伊姆布拉尔的加入则意味着ERJ145/EMB145支线喷气机成为了这一集团的候选平台飞机。ERJ145/EMB145机体系统为适应不同天线而进行的外部修正可拓展飞机的应用范围,并增加有效载荷容量。机型在性能与成本上也具有优势,它具有较高的实用性,EMB - 145认证率达到99%。额外的协议标准支持对EMB 145的选择,并包括600架已交付使用的飞机和另外800架还未交付使用的。作为已被证明是商业产品的利益的一部分,科本指出,联邦航空公司还将对EMB 145可以在米的高度飞行进行认证――这一认证来自于商业用户。虽然陆军的基本需求是在米高度飞行,但他们也希望能够达到更高的高度。这项认证估计将于2005年完成。
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航空通用传感器配置计划
除机载平台的竞争外,两家竞争者还逐渐公开了他们的传感器配置。诺?格公司计划在航空通用传感器平台上使用它的APY - 6合成孔径雷达的派生型;而洛?马公司则瞄准了F- 16雷达的派生型。对于信号载波来说,诺?格公司计划使用其为电子(高波段)和通信(低波段)拦截器开发的子系统;洛?马公司则计划使用由它的Owego.N.Y公司开发的高波段系统和Argon Engirneering公司的低波段设备。两大集团都表明他们能够满足陆军或海军任何子系统方面的变化。他们还尽量满足五角大楼要求的有关技术不能向国外转移及购买美国产品的要求,从而使伊姆布拉尔公司承诺在美国生产。另外,两大集团对自己的后勤保障能力也都加以宣扬,尽量使自己能够得到美军的合同。
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词条图册
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参考资料
1.

Aerial Common Sensor [ACS]
.global security[引用日期2017-06-13]
2.

Army Terminates Aerial Common Sensor Development Contract
.global security[引用日期2017-06-13]
飞机上的传感器:涨姿势!各式传感器在飞机制造领域的应用 - 全文  第1张

飞机上的传感器:飞机上形形色色的传感器

原标题:飞机上形形色色的传感器

不知道大家坐飞机的时候有没有留意过,飞机靠近机头的地方有许多凸起的“东西”,其实这些就是传感器。别看传感器小得很不起眼,但它们却发挥着事关飞行安全的巨大作用。

今天的内容就和大家来聊一聊飞机上的那些传感器。

空速管

在飞机的机头或机翼上一般都会有一根细长的方向朝着飞机的正前方管子,这就是空速管。空速管顾名思义就是用来测量飞机飞行时的空速,所谓空速指的是飞机相对空气运动的速度,并不是对地面速度(地速),因为高空中有风。理论上飞机的地速=空速+风速。

▲ 空速管

空速管是由18世纪法国工程师H.皮托发明的,所以又名“皮托管”,它是一种通过测量气流动压来得出空速的装置。

飞机飞行时空气迎面吹过来流入皮托管中,在管子的后部就可以感受到流入空气的全部压力,我们把这个压力称之为“全压”。

全压由空气因流动产生的“动压”以及空气本身的压力“静压”组成,即:全压=动压+静压。要知道空气的流动速度,光测得全压是不够的,我们得知道动压,但是动压很难直接测量,不过我们可以根据前面的那个公式,只需再测量到静压,用全压减去静压就可以得到动压了。因此,这里就需要另外一个传感器来帮忙了,那就是“静压孔”。

关于静压孔我们在下文再作介绍。

▲ 波音777空速管位置

空速是重要的飞行参数之一,因而空速管是飞机上重要的传感器之一,一般飞机上都安装了2组以上的空速管来保证安全冗余。空速管上有排水孔并且拥有加热功能防止空速管因积水或结冰而堵塞。平时飞机停场时,空速管都要戴上保护套来防止昆虫或杂物堵塞,飞行前须取下保护套。保护套上系有一根红色飘带用以醒目提示。如果空速管出现故障、结冰阻塞或者未摘下保护套,无法显示出正确的飞行速度读数,情况严重的会造成机毁人亡的重大事故。

▲ “戴套”的空速管

2009年6月,法国航空的一架空客A330-200客机由巴西里约热内卢飞往法国巴黎,飞机在飞行途中由于空速管结冰导致空速显示异常,最终因飞行员误判误操作致使飞机坠毁在大西洋,机上228人无人生还。

2018年7月,马来西亚航空一架空客A330-300客机从澳大利亚布里斯班飞往马来西亚吉隆坡,飞机起飞后飞行员发现空速显示异常,然后立即请求返航,最后飞机平安返回布里斯班机场。事后调查发现,飞机空速显示异常竟是因为空速管保护套未取下,飞机“戴套”飞行所致。

这里要说明的是,空速管测得的空速被称为“指示空速”或者叫“表速”,它是按海平面标准大气条件下空速与动压的关系换算得来的,并不是飞机的真实空速即“真空速”。但就是指示空速却是飞行员安全操作飞机的依据。

▲ 飞机空速表

静压孔

静压孔顾名思义也就是测量“静压”的传感器,所谓静压你可以把它理解为飞机所处周围环境的空气“静止”时的压力,也就是飞机所处位置的大气压力。

静压孔一般位于机身前段的侧下方,这个位置不容易不受到气流的干扰。空气从这里缓慢流入孔内,由压力传感器测出飞机所处位置的大气压力也就是“静压”。同样为了保证安全冗余度,飞机上设置了多组静压孔,即便其中一个失效,其余的静压孔还是能可靠提供大气压力数据的。

前面提到飞机的空速得有动压换算得出,而动压=全压-静压,全压由空速管测出,静压则由静压孔测出,有了这两个数据之后,就能知道气流的动压,因而就能得出飞机飞行的空速了。

▲ 静压孔特写

▲ 上图红圈为空客A321静压孔位置

▲ 上图红圈所示为空客A330静压孔位置

静压孔除了提供计算空速需要的静压参数之外,还有一个功能就是测量飞机飞行的高度。我们知道大气压力会随着海拔的升高而降低,并且存在定量关系。因此当静压孔在给空速表提供静压参数的同时,它所测得的大气压力换算成海拔高度后显示在高度表上,飞行员就能知道飞机飞行的高度了。

▲ 飞机高度表

以前飞机的静压孔没有孔塞,清洁飞机时需要用胶布贴住来保护。1996年,秘鲁航空一名机场维修人员请病假让另一位普通修理工代办,修理工在清洗一架波音757机身的时候为了防止污水流入用透明胶布把静压孔给封住了,清洗完毕忘记把胶布给揭掉。飞机起飞后由于静压系统堵住无法提供速度和高度,最终引起了一系列的问题,并且由于机长和塔台的错误引导导致飞机坠海,70人丧生!秘鲁航空也因此在不久后破产。

迎角传感器

迎角是指飞机翼弦与气流之间的夹角,若这一角度过大会造成机翼失去升力,从而导致飞机进入失速状态。因而迎角是重要的飞行参数之一,飞行员必须使飞机在一定的迎角范围内飞行。现代绝大多数民航飞机还有失速警告系统,当实际迎角接近临界迎角而使飞机有失速的危险时,失速警告系统即发出各种形式的告警信号,而迎角传感器则为失速警告系统提供数据支撑。

▲ 翼弦与气流之间的夹角α就是“迎角”

迎角传感器一般安装在飞机侧面靠近机头的位置,可分为风标式和零压式两种。

▲ 上图红圈内的是波音717的迎角传感器

风标式迎角传感器是由一个具有对称剖面的翼型叶片和角度变换器组成,它具有构造简单、体积小的优点。但是风标易受微小扰动的影响,安装位置的影响也很大,在高速飞机上要找到气流比较平稳的部位是非常困难的。

▲ 风标式迎角传感器

▲ 上图中最下方红圈内的即为风标式迎角传感器

压差归零式迎角传感器探头上有对称的两对进气槽迎着气流。当飞机迎角不变时,每对气槽感受到的气流气压是相等的。当飞机迎角发生变化时,使其中一对气槽感受到的气压增加,另一对的气压减小,这两个气压通过互不相同的气道作用到桨叶的正反叶面上,其合力产生一个与迎角变化反向相反的气动反馈力矩,使探头组件转动,直至两对气槽的对称平面与气流方向平行,两对气槽的压力重新相等为止。同时,探头组件的电刷相对于电位计有一个相应的角位移,从而输出与迎角变化成比例的电压信号。目前广泛运用于各种飞机,优点是误差小、工作稳定。

▲ 压差归零式迎角传感器

2018年10月,印尼狮航一架机龄还不满半年的波音737MAX8客机从雅加达飞往邦加槟港,飞机在起飞后约十分钟坠毁在机场旁的爪哇海之中,机上189人无人生还。尽管到目前为止事故的最终调查报告还未发布,但从目前所掌握的证据来看这次事故的原因很可能与迎角传感器维护不当有关。

侧滑角传感器

所谓的“侧滑”是指飞机对称面与相对气流方向不一致的飞行,侧滑角你可以把它理解为空速方向和飞机中轴线竖直方向的夹角,如下图。

▲ 侧滑角示意图

侧滑是由于存在侧风或者飞行中飞机对称面偏离飞行轨迹而造成的,从操纵上讲主要是登方向舵过大所造成,就好比高速行驶中的汽车驾驶员猛打方向盘会造成汽车侧滑一样。

飞机侧滑角传感器一般安装在机头部位,其原理和风标式迎角传感器类似。

▲ 侧滑角传感器特写

▲ 上图红圈内的为空客A350的侧滑角传感器

大气总温探测器

大气总温传感器通常安装在翼尖、垂尾顶部、机头侧面或其他气流不易受到扰动的地方。总温传感器其实就是一个用来测量温度的装置,但是它测得的数据并非飞机周围环境大气的真实温度,而是“总温”。

▲ 上图从上到下依次为空速管、迎角传感器、备用空速管,最下方红色圈内的便是大气总温传感器

总温是空气以绝热过程完全静止时,它的动能将转化为内能时反映出来的温度。飞机飞行时,空气相对飞机运动,但空气遇到总温传感器探头时,会因为受到阻滞而相对流速降低到零,在这个过程当中空气受到压缩,动能转换为热能并且局部温度会升高,这个温度称为总温。因此总温传感器测得的温度会比飞机周围大气环境的温度要高。例如,飞机在米高空以0.8马赫速度巡航时,外界大气约为-60℃,而总温传感器的测得的读数就约为-30℃。

▲ 大气总温传感器结构示意图

测得总温后,计算机可以计算出外界大气的真实温度,也就是“静温”。除此之外,计算机还可以根据总温以及指示空速计算出飞机的真实空速。

防结冰探测器

飞机结冰会导致飞机操稳品质下降,影响飞行安全。目前绝大多数民航客机出厂时都有配备防结冰传感器。防结冰传感器一般位于机头部位,垂直于机头蒙皮安装。

▲ 防结冰探测器结构示意图

防结冰探测器通以交流电,并以一定频率振动。当飞机进入结冰条件,探头开始结冰时,探头的震动频率会随结冰质量的增加而下降,当下降到设定值时会发出结冰警告,并自动接通机翼和发动机整流罩的防除冰系统,但自动防冰一般仅在飞机离地后才能工作。

▲ 大雪过后,机务小哥用手上的温度去融化防结冰探测器上的冰雪

这些传感器的功能,你都掌握了吗?返回搜狐,查看更多

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飞机上的传感器:涨姿势!各式传感器在飞机制造领域的应用 - 全文  第2张

飞机上的传感器:飞机上有哪些传感器

飞机上大约有2000~4000个传感器。主要的传感器有:空速管、静压孔、温度、失速传感器、陀螺仪、迎角传感器、接地传感器、湿度传感器、加速度传感器等等。
  传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。
飞机上的传感器N多。例如舱门、起落架有位置传感器,客舱有温度传感器,油箱有油量传感器,感受来流方向的迎角传感器等等,有热敏的、电容的、电感的、压力的……总之有很多很多传感器。
执行器有液压的,如舵面作动筒;有电动的,如电动马达;有气动的,如流量控制活门,等等有很多。
仪表有机械式的、电气式的、机电伺服式、电子式等。仪表有N多,主要的是姿态指引仪ADI(主飞行显示器)、水平状态指示器HSI(次飞行显示器)、马赫空速表、高度表、垂直速度表、备用地平仪、无线电方位距离次指示器RDDMI、备用磁罗盘、时钟、发动机指示机组警告系统EICAS或电子中央飞机监控系统ECAM的显示器等。
飞机上有N多的计算机,接口有模拟的和数字的。数字的常见的都是ARINC429数据总线。

空速管:测量飞机相对与空气的飞行速度,同事也能测出飞机的气压高度(根据空气压强计算飞行高度)。
迎角传感器:测量飞机飞行迎角。
高度测量器:测量飞机对地的绝对高度。
这几个是最常见的。

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