CN104568295A - 嵌入式大气数据***压力故障监控处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属航空飞行器嵌入式大气数据***技术领域，为解决FADS出现测压孔堵塞、管路泄漏、压力传感器故障、采集处理电路故障、信号传输错误等故障，导致***最终故障；或参数运算发散，最终影响飞行控制的问题，提供一种嵌入式大气数据***压力故障监控处理方法。利用风洞试验和飞行试验数据，依据测压孔布局，确定压力点之间的相关矩阵，将相关矩阵预装在FADS中；通过最终得到的压力值，对故障定位，用最小二乘曲线拟合法估算故障点的压力值，利用估算后的压力值参与后续运算。有效处理测压孔堵塞、管路泄漏、压力传感器故障、采集电路故障、信号传输错误、压力值故障等，为机载***提供合理的大气参数，有效提高嵌入式大气数据***的实用性。
Description
技术领域
本发明属于航空飞行器嵌入式大气数据***技术领域，具体涉及一种嵌入式大气数据***压力故障监控处理方法。
背景技术
嵌入式大气数据传感***（FADS）作为一种先进的大气数据***，通过嵌入于飞行器表面的一组压力孔感知绕流特性，据此解算出压力并最终获得气压高度、指示空速、马赫数、升降速度、攻角、侧滑角等大气参数。相对于传统的大气数据***（ADS）而言，FADS具有集成度高等诸多潜在优势，当飞行器有高速、隐身等需求时，FADS更是具有不可替代的优势。随着航空工业的飞速发展，近年来，FADS的应用得到了广泛的应用。
FADS***虽然优点诸多，但构造复杂，因此如何提高***的可靠性、提高***的鲁棒性、保证***发生故障时降级后在某种程度上仍能使用，是FADS研究的重要内容，是FADS真正能够工程化应用的重要保证。
从设计而言，提高FADS的可靠性，可以通过硬件冗余、软件实时监控来实现，实际应用中，可以通过硬件冗余和软件监控两种方式相结合的方式保证其可靠性。当硬件设计确定后，通过软件监控是提高***可靠性的有效方法。
FADS包括测压孔、压力管路、压力传感器、参数采集处理、参数解算、信号传输等环节，因此出现测压孔堵塞、管路泄漏、压力传感器故障、采集处理电路故障、信号传输错误等故障，均会导致***最终故障。此外，还可能会出现因特殊气流环境造成测量的瞬时值或者测量无效，所有这些均可能造成参数运算发散，并最终影响飞行控制。
发明内容
本发明为了解决嵌入式大气数据传感***(FADS)出现测压孔堵塞、管路泄漏、压力传感器故障、采集处理电路故障、信号传输错误等故障，导致***最终故障；或因特殊气流环境造成测量的瞬时值或者测量无效，造成参数运算发散，最终影响飞行控制的问题，提供了一种嵌入式大气数据***压力故障监控处理方法。
本发明由如下技术方案实现：一种嵌入式大气数据***压力故障监控处理方法，包括如下步骤：
（1） 利用风洞试验数据和飞行试验数据，依据测压孔十字布局，建立起每个测压孔压力点的相关数据库，将相关数据库预装在嵌入式大气数据***中。相关数据库是指该压力点和与其有相关性的压力点的关系，且至少包含两个相关压力点；
（2） 确定故障位置：观察测压孔压力点的压力值以及其变化时间：A.当压力值在压力极限值1.7-150kpa范围内且5s内变化在±150pa内或不变时，此时查询数据库中与该压力点有关的关系数据，当不满足数据库表中的规律，认定为该压力点异常，即测压孔堵塞或该管路泄漏；B.当压力值始终处于压力极限值1.7-150kpa时，认定压力传感口或采集传感口处理电路故障；C.通过对信号传输设置校验和并实时检查，剔除因信号传输误码导致的错误数据；
（3） 最终得到的压力值出现一路或几路故障时，通过其余正常点的压力值使用最小二乘曲线拟合法估算故障点的压力值，并利用估算后的压力值参与后续运算。
所述相关数据库的建立方法为：依据测压孔十字布局，找出对对攻或侧滑角的影响最大的至少三个压力点，然后在飞行包线内攻角全范围的压力点数据中，仿真分析确定出压力点之间的相关数据库。
本发明通过最终得到的压力值，对故障进行定位，所测压力值在极值范围内且5s内变化很小时，可能是测压孔堵塞；压力值长时间内不变化时，可能是管路泄漏；压力值始终处于极值，可能是压力传感器或采集处理电路故障；通过对信号传输设置校验和并实时检查，剔除因信号传输误码导致的错误数据；最终得到的压力值出现一路或几路故障时，通过其余正常的压力点值估计故障点的压力值，并利用估计后的压力值参与参数运算。本发明中所利用风洞试验数据和飞行试验数据、对信号传输设置校验和并实时检查、最小二乘曲线拟合法估算故障点的压力值，并利用估算后的压力值参与后续运算等均属于公知技术，是本领域技术人员可以从现有技术中获知的。
与现有技术相比：采用本发明所述方法，可以有效处理嵌入式大气数据***测压孔堵塞、管路泄漏、压力传感器故障、采集电路故障、信号传输错误、压力值故障等，为机载***提供合理的大气参数，从而有效提高嵌入式大气数据***的实用性。
附图说明
图1为压力故障点判断以及估算故障点压力值的流程图；图2为测压孔布局图；图3为当确定故障点后，利用最小二乘法所拟合的曲线。
具体实施方式
实施例1：一种嵌入式大气数据***压力故障监控处理方法，包括如下步骤：
（1） 利用风洞试验数据和飞行试验数据，依据测压孔十字布局，建立起每个测压孔压力点的相关数据库，将相关数据库预装在嵌入式大气数据***中。相关数据库是指该压力点和与其有相关性的压力点的关系，且至少包含两个相关压力点；
（2） 确定故障位置：观察测压孔压力点的压力值以及其变化时间：A.当压力值在压力极限值1.7-150kpa范围内且5s内变化在±150pa内或不变时，此时查询数据库中与该压力点有关的关系数据，当不满足数据库表中的规律，认定为该压力点异常，即测压孔堵塞或该管路泄漏；B.当压力值始终处于压力极限值1.7-150kpa时，认定压力传感口或采集传感口处理电路故障；C.通过对信号传输设置校验和并实时检查，剔除因信号传输误码导致的错误数据；
（3） 最终得到的压力值出现一路或几路故障时，通过其余正常点的压力值使用最小二乘曲线拟合法估算故障点的压力值，并利用估算后的压力值参与后续运算。
所述相关数据库的建立方法为：依据测压孔十字布局，找出对对攻或侧滑角的影响最大的至少三个压力点，然后在飞行包线内攻角全范围的压力点数据中，仿真分析确定出压力点之间的相关数据库。
测压孔布局如图1所示，风洞实验部分数据见表1。
表1：
利用风洞试验数据，依据“十”字布局的测压孔，影响攻角较大的压力点为P5 kpa、P6 kpa、P8 kpa、P9 kpa，建立数据库A为:
① fabs（P9-P8）<8kpa；
② fabs（P8-P6）<8kpa；
③ fabs（P6-P5）<8kpa；
④ fabs（P8-P5）<8kpa；
⑤ fabs（P9-P5）<8kpa；
⑥ fabs（P8-P6）<8kpa；
⑦ fabs（P8-P6）<fabs（P8-P5）；
⑧ fabs（P9-P5）<fabs（P8-P5）。
依据飞行器的飞行包线和风洞实验数据，如表1，假设该飞行器的（发动机性能等决定）最大可有对应马赫数变化0.5的加速度，即P7的压力变化斜率的绝对值不大于3.0。
依据飞行器的飞行包线和飞行器本身的机动性能决定的侧滑角变化率不大于1°/100ms，攻角变化率不大于5°/100ms。
诸如此类满足飞行器飞行包线和其它特定条件的可形成数据库，最终烧注在嵌入式大气数据***中，备故障定位查询使用。
故障定位：嵌入式大气数据***软件设计中，设计如下：
当检测到fabs（P8-P6）<8kpa、fabs（P9-P8）<8kpa均不成立且依据P5、P6、P7、P8解算出的侧滑角变化率大于1°/100ms时，此时认定P8压力点故障；
当检测到P7的压力变化斜率的绝对值大于3.0且依据此时的P7压力值解算的马赫数变化大于0.5时，认定P7压力点故障；
嵌入式大气数据***软件中判断每个压力点在数据库的关系，当不满足事先建立的关系时，确认故障点。
数据重组（估算）和后续大气参数的解算：当确定故障点后，利用最小二乘法拟合曲线，形如：X=｛1，2，3，4，5，6，7，9｝，Y=｛P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，P9｝拟合出如图3的曲线。
最终估算出压力故障点P8的压力点60.2kpa，然后数据重组10个完整的压力数据，重新计算大气参数。
结论：由于在故障定位和数据估算的结果中P8的压力与理论的压力60.0kpa相差0.2kpa，因此解算的大气参数结果虽然存在误差，但是相比压力点故障后报出错误的数据，增强嵌入式大气数据***的容错能力，有效地提高了嵌入式大气数据***的实用性。
Claims (2)
1.一种嵌入式大气数据***压力故障监控处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）利用风洞试验数据和飞行试验数据，依据测压孔十字布局，建立起每个测压孔压力点的相关数据库，将相关数据库预装在嵌入式大气数据***中；相关数据库是指该压力点和与其有相关性的压力点的关系，且至少包含两个相关压力点；
（2）确定故障位置：观察测压孔压力点的压力值以及其变化时间：A.当压力值在压力极限值1.7-150kpa范围内且5s内变化在±150pa内或不变时，此时查询数据库中与该压力点有关的关系数据，当不满足数据库表中的规律，认定为该压力点异常，即测压孔堵塞或该管路泄漏；B.当压力值始终处于压力极限值1.7-150kpa时，认定压力传感口或采集传感口处理电路故障；C.通过对信号传输设置校验和并实时检查，剔除因信号传输误码导致的错误数据；
（3）最终得到的压力值出现一路或几路故障时，通过其余正常点的压力值使用最小二乘曲线拟合法估算故障点的压力值，并利用估算后的压力值参与后续运算。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式大气数据***压力故障监控处理方法，其特征在于：所述相关数据库的建立方法为：依据测压孔十字布局，找出对对攻或侧滑角的影响最大的至少三个压力点，然后在飞行包线内攻角全范围的压力点数据中，仿真分析确定出压力点之间的相关数据库。
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