ITPI20120040A1 - Metodo e dispositivo per calibrare un misuratore di velocita' per un oggetto volante, e misuratore di velocita' provvisto di tale dispositivo - Google Patents
Metodo e dispositivo per calibrare un misuratore di velocita' per un oggetto volante, e misuratore di velocita' provvisto di tale dispositivo Download PDFInfo
- Publication number
- ITPI20120040A1 ITPI20120040A1 IT000040A ITPI20120040A ITPI20120040A1 IT PI20120040 A1 ITPI20120040 A1 IT PI20120040A1 IT 000040 A IT000040 A IT 000040A IT PI20120040 A ITPI20120040 A IT PI20120040A IT PI20120040 A1 ITPI20120040 A1 IT PI20120040A1
- Authority
- IT
- Italy
- Prior art keywords
- air
- speed
- relative
- instrument
- ugps
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 33
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 28
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims description 8
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
- G01P21/02—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups of speedometers
- G01P21/025—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups of speedometers for measuring speed of fluids; for measuring speed of bodies relative to fluids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/14—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid
- G01P5/16—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid using Pitot tubes, e.g. Machmeter
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
"METODO E DISPOSITIVO PER CALIBRARE UN MISURATORE DI VELOCITA' PER UN OGGETTO VOLANTE, E MISURATORE DI VELOCITA' PROVVISTO DI TALE DISPOSITIVO"
DESCRIZIONE
Ambito dell'invenzione
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per misurare la velocità rispetto all'aria di un velivolo o di un pilota impegnato in una sessione di volo da diporto, provvisto di una funzione di calibrazione, e a un metodo per eseguire una calibrazione di un siffatto dispositivo.
Brevi cenni alla tecnica nota
Negli sport dell'aria, come volo in parapendio, deltaplano, aliante, conoscere la velocità con cui avviene il moto rispetto all'aria è un dato molto importante per l'ottimizzazione delle prestazioni e per la sicurezza del volo.
Attualmente, tale velocità viene di solito valutata per mezzo di piccoli anemometri a elica, in particolare, idonei a produrre un segnale utilizzabile da un computer di volo. Nel caso del volo in parapendio, tali anemometri vengono disposti inferiormente all'imbracatura del pilota.
Strumenti di questo tipo sono meccanicamente poco affidabili poiché comprendono parti in movimento soggette a usura. Inoltre, data la posizione, sono esposti a rotture meccaniche di vario tipo. Infine, l'accuratezza della misura è subordinata alla validità di una preliminare calibrazione.
Per misurare la velocità relativa dell'aria, in campo aeronautico è molto diffuso l'impiego del tubo di Pitot. Si tratta notoriamente di un dispositivo privo di parti mobili, provvisto di una presa dinamica, esposta al moto relativo dell'aria in modo di risentire sia della pressione statica Psche della pressione dinamica PDdell'aria, cioè della pressione totale PT, e di almeno una presa statica, esposta invece in modo da risentire della sola pressione statica Ps. Un sistema di capillari permette di riportare e di confrontare le due pressioni in una camera differenziale a fluido, in modo da ricavare la pressione dinamica PDper differenza e, da questa, la velocità relativa dell'aria.
Per usare correttamente il tubo di Pitot è necessario conoscere la densità dell'aria in moto relativo presso il tubo, nonché eventuali condizioni di flusso non ideale, circostanza che richiede una calibrazione per tenere conto, in particolare, dell'assetto del velivolo.
Più in dettaglio, nella calibrazione di un anemometro a tubo di Pitot, la velocità IAS (Indicated Air Speed) fornita tal quale dallo strumento viene corretta con un fattore di calibrazione che tiene conto della non idealità del flusso, e che dipende dall'assetto del velivolo. Si ottiene in tal modo una velocità calibrata CAS (calibrated air speed). Un'ulteriore correzione tiene conto della densità dell'aria, determinata con altra strumentazione, e permette di ottenere la velocità reale TAS (true air speed)
Nel caso degli sport dell'aria, essendo la CAS legata alla conformazione dell'oggetto volante in prossimità dello strumento di misura, che influenza la velocità dell'aria e quindi la pressione dinamica, il tubo di Pitot non è in grado di fornire valori attendibili della velocità dell'aria. Specialmente nel caso del volo in parapendio, o del deltaplano, non è infatti possibile predeterminare il fattore di calibrazione, come avviene invece per gli aeromobili, perché il pilota può posizionare il tubo di Pitot in modo diverso da un volo all'altro. Inoltre, le dimensioni e la forma molto diverse che può avere l'imbracatura rende del tutto imprevedibile il flusso dell'aria attorno al pilota.
Sintesi dell'invenzione
È quindi scopo della presente invenzione fornire un metodo per calibrare uno strumento di misura della velocità relativa rispetto all'aria di un pilota o di un velivolo impegnato in una sessione di uno sport d'aria, che permetta una calibrazione affidabile di uno strumento di misura di tale velocità, in particolare di uno strumento comprendente un tubo di Pitot o comunque di uno strumento basato su una misura di pressione dinamica.
È inoltre scopo della presente invenzione fornire un dispositivo per misurare la velocità relativa rispetto all'aria di un pilota o di un velivolo impegnato in una sessione di uno sport d'aria, come volo in parapendio, deltaplano, aliante, che sia privo di parti in movimento e, quindi, sia meno soggetto ad usura meccanica rispetto ai dispositivi di tecnica nota.
È altresì scopo della presente invenzione fornire un siffatto dispositivo che comprenda un tubo di Pitot e che sia in grado di fornire misure affidabili della velocità relativa dell'aria indipendentemente dal proprio assetto, ossia dal proprio orientamento rispetto alla direzione del movimento relativo dell'aria.
Questi e altri scopi sono raggiunti da un metodo per calibrare uno strumento di misura della velocità relativa all'aria di un velivolo, tale misura prevedendo la rilevazione di una grandezza (F) associata alla velocità relativa all'aria, ad esempio di una pressione dinamica, per mezzo dello strumento, il metodo comprendendo le fasi di:
- esecuzione, da parte del velivolo, di un elemento di traiettoria avente una forma geometrica curvilinea;
- misurazione di velocità di riferimento del velivolo relative al suolo, in ciascun punto di una prima pluralità di punti dell'elemento di traiettoria;
- calcolo di una velocità media di riferimento rispetto all'aria a partire dalle velocità relative al suolo;
- acquisizione, mediante lo strumento di misura della velocità, di dati della grandezza (F) associata alla velocità relativa all'aria caratteristica dello strumento, ad esempio di un pluralità di dati di pressione dinamica come nel caso del tubo di Pitot, in una seconda pluralità di punti dell'elemento di traiettoria che il velivolo, ossia il sistema pilota/velivolo, sta percorrendo;
- per ciascun punto della seconda pluralità di punti, a partire dai suddetti dati della grandezza associata alla velocità relativa all'aria, calcolo di una quantità proporzionale alla velocità del velivolo rispetto all'aria, tramite un algoritmo predeterminato;
- calcolo di un valore medio della quantità proporzionale alla velocità del velivolo rispetto all'aria;
- calcolo di un coefficiente di calibrazione a partire dal rapporto tra la velocità media di riferimento rispetto all'aria e il valore medio della quantità proporzionale alla velocità relativa all'aria.
Vantaggiosamente, è prevista una fase di calcolo del coefficiente di calibrazione come coefficiente istantaneo corrente, cioè riferito all'elemento di traiettoria in corso di esecuzione, ed è prevista anche una fase di aggiornamento del coefficiente di calibrazione, come coefficiente di calibrazione istantaneo, mediante una combinazione del coefficiente di calibrazione istantaneo corrente e di un coefficiente di calibrazione precedente, calcolato in base a dati delle velocità di riferimento relativa al suolo e a dati della grandezza associata alla velocità relativa all'aria riferiti a elementi di traiettoria precedentemente percorsi.
In una forma realizzativa, la fase di calcolo di una velocità media comprende una fase di determinazione di una circonferenza che meglio approssima le velocità relative al suolo, in un piano di coordinate corrispondenti alle componenti della velocità relativa all'aria in una proiezione piana parallela al suolo dell'elemento di traiettoria, in cui la velocità media relativa all'aria è determinata come il raggio di tale circonferenza.
Vantaggiosamente, è prevista una fase di calcolo di uno scarto medio o distanza media tra i valori di velocità rispetto all'aria e la suddetta circonferenza nel piano di coordinate corrispondenti alle componenti della velocità relativa all'aria, ed è prevista anche una fase di calcolo di un peso (η) da attribuire alla velocità media relativa all'aria, dipendente da tale scarto medio o distanza media.
In particolare, la fase di aggiornamento comprende una combinazione lineare del coefficiente di correzione istantaneo corrente e del coefficiente di calibrazione precedente, in cui sono rispettivamente previsti coefficienti pari al peso calcolato e ad un numero complementare all'unità del peso calcolato.
Preferibilmente, è prevista una fase di verifica (85,87) di tale circonferenza, comprendente almeno una fase di verifica scelta tra:
- confronto della velocità media determinata come raggio della circonferenza con un valore di velocità di stallo del velivolo o del sistema utilizzatore/velivolo;
- verifica di presenza di punti corrispondenti a valori delle velocità relative al suolo in un angolo superiore ad un angolo di ampiezza predeterminata sul piano di coordinate corrispondenti alle componenti della velocità relativa all'aria, in particolare un angolo di ampiezza 270°, ossia in una porzione corrispondente in ampiezza almeno a tre quadranti del suddetto piano;
ed è prevista inoltre una fase di eliminazione dei valori delle velocità relative all'aria ricevute durante l'esecuzione dell'elemento di traiettoria corrente, in caso di esito negativo di almeno una delle suddette fasi di verifica.
In una forma realizzativa, la fase di calcolo di un coefficiente di calibrazione comprende fasi scelte tra: - correzione del valor medio dei valori della grandezza associata mediante il coefficiente di calibrazione e calcolo di un valore corrente di velocità reale rispetto all'aria a partire dalla grandezza associata corretta;
- calcolo di valori di velocità reale rispetto all'aria a partire da valori della grandezza associata e calcolo del valore medio di valori di velocità reale rispetto all'aria.
Vantaggiosamente, l'elemento di traiettoria è una porzione di un percorso di guadagno di quota in una corrente ascensionale.
In una forma realizzativa, la grandezza associata all'aria è scelta tra:
- una pressione dinamica, determinata direttamente come pressione differenziale tra una pressione totale e una pressione statica, in particolare lo strumento comprende un tubo di Pitot, o indirettamente mediante il calcolo di una differenza di pressione tra una pressione dinamica e una pressione statica, almeno una delle quali è rilevata in corrispondenza dello strumento;
- una velocità angolare di mezzi elica dello strumento, atti ad entrare in rotazione in caso di moto relativo deio strumento e dell'aria;
- una velocità di un suono emesso dallo strumento in un precorso in prossimità dello strumento;
- una differenza di temperatura dell'aria tra due punti in un percorso dell'aria in corrispondenza dello strumento, lo strumento essendo atto a cedere calore all'aria in uno di tali punti.
La misurazione della velocità relativa al suolo è eseguita attraverso un sistema satellitare globale di posizionamento, in particolare mediante GPS.
Gli scopi sopra indicati sono altresì raggiunti da un dispositivo per calibrare uno strumento di misura della velocità relativa all'aria di un velivolo, lo strumento essendo atto a rilevare una grandezza associata alla velocità relativa all'aria, il dispositivo comprendendo: - mezzi per acquisire misure di velocità relativa al suolo del velivolo, in ciascun punto di una prima pluralità di punti di un elemento di traiettoria percorso dal velivolo, in particolare mezzi di ricezione GPS;
- mezzi di calcolo atti a calcolare una velocità media di riferimento rispetto all'aria a partire dalle velocità relative al suolo;
- mezzi per acquisire dallo strumento dati della grandezza associata alla velocità relativa all'aria, rilevato dallo strumento in una seconda pluralità di punti dell'elemento di traiettoria;
- mezzi di calcolo atti a calcolare per ciascun punto della seconda pluralità di punti, a partire dai dati della grandezza associata alla velocità relativa all'aria, una quantità proporzionale alla velocità del velivolo rispetto all'aria, tramite un algoritmo predeterminato;
- mezzi di calcolo atti a calcolare un valore medio della quantità proporzionale alla velocità del velivolo rispetto all'aria;
- mezzi di calcolo atti a calcolare di un coefficiente di calibrazione Yjcome rapporto tra la velocità media di riferimento rispetto all'aria e il valore medio della quantità proporzionale alla velocità relativa all'aria.
Rientra nell'ambito dell'invenzione anche un dispositivo per misurare una velocità relativa all'aria comprendente un o strumento per rilevare una velocità relativa all'aria di un velivolo, o di un sistema velivolo/utilizzatore, e uno strumento per misurare una velocità relativa all'aria di tipo noto, in particolare uno strumento comprendente un tubo di Pitot o altro strumento basato sul calcolo di un pressione dinamica.
In una forma realizzativa, i mezzi rilevatori di velocità sono mezzi di interazione con un sistema satellitare globale di posizionamento.
In una forma realizzativa, il dispositivo comprende un dispositivo altimetrico ad esempio atto a rilevare una pressione dell'aria ed a produrre un segnale di altimetria dipendente dalla pressione.
In una forma realizzativa, il dispositivo comprende un dispositivo per acquisire dati di temperatura dell'aria, detto dispositivo essendo scelto tra:
- un dispositivo termometrico atto a produrre un segnale di temperatura dell'aria.
- un dispositivo ricevitore di dati meteorologici, in particolare di dati emessi da una stazione di terra, detto dispositivo acquisitore di dati di temperatura essendo atto a produrre un segnale di temperatura dell'aria .
In una forma realizzativa, il dispositivo comprende un dispositivo acquisitore di dati di umidità dell'aria, scelto tra:
- un dispositivo igrometrico;
— un dispositivo ricevitore di dati meteorologici, in particolare dati emessi da una stazione di terra, detto dispositivo acquisitore di dati di umidità essendo atto a produrre un segnale di umidità dell'aria.
Breve descrizione dei disegni
L'invenzione verrà di seguito illustrata con la descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:
- la figura 1 mostra schematicamente un utilizzatore nel corso di un volo parapendio provvisto di un dispositivo di misura della velocità secondo l'invenzione;
- la figura 2 mostra schematicamente una corrente ascensionale e un tipico percorso di guadagno di quota in tale corrente ascensionale;
- la figura 3 mostra schematicamente una porzione di traiettoria curvilinea di un percorso ascensionale analogo a quello di figura 2, e una pluralità di punti di misura di velocità in tale porzione di traiettoria;
- la figura 4 mostra uno schema di flusso di un possibile metodo di calibrazione secondo l'invenzione;
- la figura 5 mostra uno schema di tracciatura GPS della posizione di un corpo volante lungo un percorso di guadagno in quota, analogo a quello di figura 2, in un dispositivo di calibrazione secondo l'invenzione;
- la figura 6 mostra schematicamente un processo di trattamento di dati GPS secondo il metodo e per mezzo del dispositivo di calibrazione secondo l'invenzione;
- la figura 7 mostra schematicamente un dispositivo di calibrazione e/per uno strumento di misura di velocità relativa all'aria di un velivolo.
Descrizione di forme realizzative preferite
Viene ora descritto un possibile metodo di calibrazione di uno strumento per misurare la velocità rispetto all'aria di un oggetto volante, e un metodo di misura di tale velocità, in una possibile realizzazione della presente invenzione. Inoltre, viene decritto un metodo di misura di tale velocità in particolari condizioni di volo.
Con riferimento alla figura 1, un sistema utilizzatore/velivolo 10 comprende uno strumento 30 di misura della velocità rispetto all'aria montato sull'imbragatura 11 di un utilizzatore 12 un velivolo 10, atto ad ospitare un passeggero 12, in una posizione visibile per 1'utilizzatore, nel corso di un volo parapendio mediante un paracadute parapendio 13. Lo strumento 30 di misura della velocità rispetto all'aria può comprendere, ad esempio, un tubo di Pitot, di tipo noto, o altri mezzi sensori della velocità relativa dell'aria basato su una determinazione di pressione dinamica.
In alternativa, lo strumento 30 può comprendere uno strumento noto di altro tipo, basato sul movimento di un elemento meccanico per effetto della misura di aria in movimento in prossimità del dispositivo 30, ad esempio mezzi ad elica. In alternativa, lo strumento 30 può comprendere uno strumento provvisto di mezzi sensori della velocità del suono, o di mezzi sensori di temperatura dell'aria associati a mezzi di determinazione di uno scambio termico.
Il sistema 10 può comprendere un velivolo da diporto provvisto di un'ala 13, come mostrato in figura 1, ad esempio un parapendio, ma anche un aliante, un deltaplano o un altro tipo di velivolo da diporto.
In figura 2 viene mostrato schematicamente un percorso 24 di guadagno di quota in un tragitto 27 di un velivolo da diporto. Il percorso di guadagno di quota 24 sfrutta correnti ascensionali 22 dovute in primo luogo ai normali movimenti convettivi dell'aria, che si manifestano a partire dal suolo 21 in regioni limitate d'aria 23. Il percorso di guadagno di quota 24 ha una forma assimilabile a quella di una spirale comprendente spire sovrapposte, come in figura 2, in caso di calma di vento. Nel caso, non rappresentato, di presenza di vento, le spire sarebbero sfalsate nello spazio secondo la direzione del vento, essendovi la composizione delle velocità della corrente ascensionale e della corrente principale del vento. In figura 3 viene idealmente isolata elemento di traiettoria 24jcomprendente una spira o una porzione di questa, del percorso ascensionale o di guadagno di quota 24. Sull'elemento di traiettoria è individuata una pluralità di punti di misura Pi.
Con riferimento alla figura 4, viene descritto un metodo di calibrazione e di misura secondo una forma realizzativa vantaggiosa dell'invenzione.
Il metodo prevede una fase di esecuzione di un elemento di traiettoria curvilineo 24j, cioè una fase durante la quale il velivolo percorre un elemento di traiettoria 24j, che può vantaggiosamente far parte di un percorso di guadagno di quota 24 del tipo mostrato nella figura 2. Ad esempio, l'elemento di traiettoria curvilineo può essere una spira 24jdel percorso di guadagno di quota. La traiettoria curvilinea 24 comprende una pluralità di elementi di traiettoria preferibilmente consecutivi 24j, come l'elemento mostrato in figura 2.
Mentre viene percorso l'elemento di traiettoria curvilineo 24j, un sistema satellitare globale, ad esempio il GPS, rileva la presenza del velivolo 10 ed esegue una serie di misurazioni di una velocità uGps,jidel velivolo 10 rispetto al suolo, in una pluralità di punti Pj±scelti lungo l'elemento di traiettoria 24jcome i punti Pi di figura 3. Corrispondentemente, viene eseguita una fase 82 di acquisizione, a bordo del velivolo 10, di tali misure di velocità remote uGps,ji- I dati di velocità uGPS,jirispetto al suolo vengono sottoposti ad una fase di elaborazione 83 che ha lo scopo di calcolare un valore di velocità medio, rispetto all'aria, del velivolo 10 lungo l'elemento di traiettoria 24j. Nella forma realizzativa di figura 4, la fase di elaborazione 83 comprende una fase 84 di determinazione di una circonferenza 29 che meglio approssima i dati di velocità uGPS,ji (vx,vy), in un piano coordinato cartesiano avente assi vx, vy, in cui vxe vysono le componenti della velocità vettoriale v del velivolo 10 rispetto al suolo, lungo l'elemento di traiettoria 24j. La circonferenza 29 è mostrata in figura 6. La circonferenza 29 è definita, nel piano vx,vy, dalla posizione 25 del centro C e dal raggio 26, di lunghezza R. La posizione 25 del centro C indica la velocità media del vento durante l'esecuzione della fase di misura mediante GPS e di acquisizione 82 dei dati GPS, e costituisce un dato rilevante per la conduzione del volo.
Il valore della lunghezza R del raggio 26 della circonferenza 29 indica invece il valor medio uGps,jdel modulo della velocità rispetto all'aria del velivolo 10, per cui la fase di elaborazione 83 comprende una fase di calcolo 84' del valor medio uGps,jdel modulo della velocità rispetto all'aria attraverso il valore R del raggio 26.
Per determinare la circonferenza 29 sono necessari almeno tre punti Qj±del piano (vx,vy), corrispondenti a tre punti di misura Pj± dell'elemento di traiettoria 24j, tuttavia il procedimento di determinazione della velocità rispetto all'aria è tanto più preciso quanto maggiore è il numero dei punti di misura Pj±definiti sull'elemento di traiettoria 24j, e quindi dei corrispondenti punti Qj± del piano 28 (figura 6).
La fase di elaborazione 83 può comprendere inoltre una fase 85 di verifica del fatto che la velocità uGps,jsia maggiore o meno di un determinato valore di velocità di stallo u*. In caso negativo, viene eseguita una fase di scarto 86 del dato di velocità media uGps,jassieme ai valori di velocità uGps,jiin base ai quali uGps,jè stato determinato, e il metodo procede con una nuova fase di misura 82 su un nuovo elemento di traiettoria co, 24j+ifino a verificare la relazione uGps,j>u*.
Successivamente, può essere vantaggiosamente eseguita una fase 87 di verifica della distribuzione dei punti Q±in corrispondenza della circonferenza 29 in un angolo di ampiezza cp sufficientemente ampio attorno al centro C della circonferenza 29. In particolare, viene verificata la presenza di punti Q±di misura della velocità in almeno tre dei quadranti 28a,28b,28c,28d del piano 28(vx,vy). Ciò corrisponde a un'ampiezza minima cp* di 270°. In caso negativo, la popolazione di dati non è considerata sufficiente per determinare correttamente la velocità media rispetto all'aria, e viene anche in questo caso eseguita una fase di scarto 86 del dato di velocità uGps,jassieme ai valori di velocità uGps,jiin base ai quali uGPS,jè stato determinato, il metodo procede allora anche in questo con una nuova fase di misura 82 su un nuovo elemento di traiettoria co, 24j+i, fino a verificare la relazione cp>cp*.
Successivamente, viene eseguita una fase 88 di verifica dello scarto medio o distanza media dei punti Qj±rispetto alla circonferenza approssimante 29, e di calcolo di un peso pjda attribuire al valore di velocità media
Ucps,jcalcolato in base ai punti Qj±. Tale peso pjdipende dal valore dello scarto, ed è un indicazione di quanto sia affidabile l'approssimazione fatta durante la fase 84 di determinazione della circonferenza 29 e di calcolo della velocità media uGPS,j.
Mentre viene percorso l'elemento di traiettoria 24j, lo strumento 30 esegue una fase 91 di misura, producendo in generale una serie di misure non calibrate della velocità Us,jiin corrispondenza di una pluralità di punti di misura dell'elemento di traiettoria 24j. Senza nuocere alla generalità, tali punti di misura possono sostanzialmente coincidere con i punti Pj±in corrispondenza dei quali è stata determinata la velocità del sistema o velivolo 10 rispetto al suolo. Viene inoltre eseguita una fase 92 di calcolo di una velocità media us,jnon calibrata in base ai valori di velocità non calibrati
US,ji.
La forma realizzativa del metodo secondo lo schema di figura 4 fa riferimento ad uno strumento 30 atto a rilevare una grandezza F associata alla velocità relativa rispetto all'aria, ed atto anche a creare un segnale di velocità relativa all'aria e a fornire direttamente tale valori di velocità relative all'aria. In altre parole, lo strumento 30, secondo tale forma realizzativa, comprende mezzi di conversione, ad esempio mezzi di calcolo, per convertire il valore della grandezza effettivamente misurata, associata alla velocità relativa all'aria, in un valore di velocità relativa all'aria dello strumento 30, secondo un algoritmo predefinito dal costruttore dello strumento 30. Ad esempio, In una forma realizzativa, vantaggiosa, lo strumento è un tubo di Pitot cui sono associati mezzi di calcolo per convertire il valore della pressione dinamica come pressione differenziale rilevata dal tubo di Pitot in un valore di velocità relativa all'aria, secondo un predefinito coefficiente di proporzionalità tra la velocità e la radice quadrata della pressione dinamica.
Secondo una forma realizzativa non rappresentata, il metodo può prevedere anche la rilevazione di grandezze ausiliarie, in particolare di grandezze che descrivono le condizioni dell'aria attraversata durante il volo, per correggere opportunamente il valore di velocità rilevata dallo strumento 30. Tali grandezze sono pertinenti con la correlazione tra la grandezza ausiliaria e la velocità relativa all'aria. Ad esempio, il metodo può prevedere fasi di misurazione di una o più grandezze scelte tra la temperatura dell'aria, l'umidità relativa dell'aria in corrispondenza dello strumento 30 e l'altitudine, che vengono utilizzati nel suddetto algoritmo predefinito. Possono altresì essere ricevuti dati di tale grandezza o tali grandezza provenienti da una stazione meteo remota.
Il metodo prevede inoltre una fase di calcolo di un coefficiente di calibrazione.
In particolare, il metodo prevede una fase 93 di calcolo di un coefficiente di calibrazione istantaneo Yj, cioè riferito alle misure in base ai valori di velocità media rispetto all'aria uGps,je us,j, entrambe eseguite mentre il velivolo o sistema 10 percorre l'elemento di traiettoria 24j. Il valore di Yjpuò essere calcolato, mnella presente forma realizzativa, in cui lo strumento 30 mette a disposizione un segnale cionvenrtito in velocità rispetto all'aria, attraverso la formula Yj= uGps,j/us,j. In tal caso, il metodo può inoltre prevedere una fase 94 di calcolo di un coefficiente di calibrazione aggiornato Yjche tiene conto dell'affidabilità dei valori di velocità misurati attraverso il GPS nell'elemento di traiettoria 24j, al attraverso il peso r|jattribuito alla velocità media uGPS,j.Ciò può avvenire, in particolare, calcolando j_ con la formula Yj= Yj-i (1-pj)+YjPj, se j>0, cioè per elementi di traiettoria 24jsuccessivi al primo, ovvero assumendo Yj= Yjper j=0, cioè il primo elemento di traiettoria di una sequenza.
Esaurito un ciclo di misura e di calcolo, come definito dalle fasi 81-88 e 91-94, tali fasi possono essere ripetute con mentre il sistema o velivolo 10 percorre un nuovo elemento di traiettoria 24j+isuccessivo a 24jsulla traiettoria 24, ad esempio consecutivo a 24j.
In base al coefficiente di calibrazione aggiornato corrente, può essere calcolata la velocità v corrente del velivolo o sistema 10 rispetto all'aria, attraverso la formula v = γ v*TAS, in cui v*TASè un valore non calibrato della velocità del velivolo 10 rispetto all'aria, come istantaneamente misurato dallo strumento 30, e γ è un valore di coefficiente di calibrazione via via pari all'ultimo valore di coefficiente di calibrazione aggiornato Yj.
In particolare, una volta esaurita la fase di guadagno di quota, il coefficiente di calibrazione si mantiene costante sull'ultimo calcolato. In particolare, in caso di traiettoria rettilinea, il calcolo del valore aggiornato del coefficiente di calibrazione non produce variazioni del coefficiente di calibrazione aggiornato stesso, poiché i valori di velocità misurati in una traiettoria di bassa curvatura, in particolare in una traiettoria sostanzialmente rettilinea, possono essere scartati attraverso la fase di scarto 86.
Lo strumento 30 continuerà a fornire valori calibrati della velocità rispetto all'aria, v, basandosi sull'ultimo valore calcolato.
Ovviamente, la misura del valore di velocità v non è necessariamente successiva a un'esecuzione di una determinata traiettoria 24j. In altre parole lo strumento 30 è in grado di fornire misure consecutive di velocità rispetto all'aria ad intervalli inferiori al tempo necessario per eseguire il ciclo di calibrazione definito dalle fasi 81-88 e 91-94.
In un'altra forma realizzativa, non rappresentata, il metodo può prevedere una fase di calcolo di un coefficiente di calibrazione istantaneo γj, corrispondente alla fase 93 del metodo di figura 4, a partire dai valori della grandezza associata alla velocità relativa all'aria, misurata nei punti Pj±, come forniti dallo strumento 30, e il loro impiego in un algoritmo corrispondente alla formula sopra riportata comprendente il calcolo di una quantità proporzionale alla velocità del velivolo rispetto all'aria, diversa dalla velocità stessa.
Con riferimento alla figura 7, un dispositivo di misura 40 autocalibrato o autocalibrante, secondo l'invenzione, comprende, in una forma realizzativa di base, uno strumento di misura 30 della velocità relativa all'aria, che può essere di uno dei tipi sopra indicati, in particolare uno strumento comprendente un tubo di Pitot o altro strumento atto a fornire un dato di pressione dinamica. Il dispositivo 40 comprende poi mezzi di ricezione 32 di un segnale proveniente da un sistema remoto come un sistema satellitare globale, ad esempio mezzi di ricezione GPS . Il dispositivo 40 comprende inoltre mezzi di calcolo 34, ad esempio nella forma di un computer di volo, atti ad eseguire il metodo secondo l'invenzione, ad esempio nella forma realizzativa precedentemente descritta con riferimento alle figure 1-6, nonché mezzi di visualizzazione 35 di parametri calcolati dai mezzi di calcolo 34, tra cui il valore della velocità calibrata v. Il dispositivo comprende inoltre mezzi di alimentazione 36, in particolare mezzi a batteria.
Lo strumento 30 comprende vantaggiosamente mezzi trasduttori del valore di una grandezza misurata in un segnale elettrico, non rappresentati, in modo da produrne segnale elettrico 31 corrispondete ad una grandezza rappresentativa della velocità rispetto all'aria, ad esempio, nel caso di un tubo d Pitot, una pressione dinamica rilevata come pressione differenziale, oppure mezzi trasduttori di pressioni statica e totale rilevati separatamente, o mezzi trasduttori di una velocità angolare nel caso di strumenti 30 basati su un elica azionata dal moto relativo dell'aria e dello strumento.
In una forma realizzativa, un dispositivo 40' può comprendere i mezzi 32,34,35,36 sopra indicati, nonché mezzi di interfaccia 30', atti a ricevere un segnale elettrico o di altro tipo, secondo un protocollo definito dal costruttore dello strumento 40', compatibile con un segnale 31, elettrico o di altro tipo, reso disponibile dallo strumento 30.
In un'altra forma realizzativa, il dispositivo di misura autocalibrato, o lo strumento 30, può comprendere mezzi di acquisizione di grandezze ausiliarie, come l'umidità relativa dell'aria e/o la temperatura dell'aria e/o l'altitudine, ossia un igrometro e/o un misuratore di temperatura e/o un altimetro, e mezzi per creare segnali, in particolare elettrici, riferiti a tali grandezze ausiliarie, nonché mezzi per combinare tali segnali riferiti alle grandezze ausiliarie, per correggere il valore di velocità o della grandezza associata alla velocità fornito dallo strumento (30).
La descrizione di cui sopra di varie forme esecutive specifiche è in grado di mostrare l'invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tali forme esecutive specifiche senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti delle forme esecutive specifiche. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Un metodo per calibrare uno strumento (30) di misura della velocità relativa all'aria (v) di un velivolo (10), detta misura prevedendo la rilevazione di una grandezza (F) associata a detta velocità (v) relativa all'aria per mezzo di detto strumento (30), detto metodo comprendendo le fasi di: esecuzione, da parte di detto velivolo (10), di un elemento di traiettoria (24j )avente una forma geometrica curvilinea; - misurazione di velocità di riferimento (uGps,ji)relativa al suolo (21) di detto velivolo (10), in ciascun punto (Pj±)di una prima pluralità di punti (Pji)di detto elemento di traiettoria (24j ); - calcolo di una velocità media (uGps,j)di riferimento rispetto all'aria a partire da dette velocità (uGps,ji)relative al suolo (21); - acquisizione, mediante detto strumento (30), in una seconda pluralità di punti (Pji)di detto elemento di traiettoria (24j ), di dati (Fji)di detta grandezza (F) associata a detta velocità (v) relativa all'aria; - per ciascun punto di detta seconda pluralità di punti (Pji), a partire da detti dati (Fj±)di detta grandezza (F) associata a detta velocità (v) relativa all'aria, calcolo di una quantità proporzionale alla velocità di detto velivolo rispetto all'aria, tramite un algoritmo predeterminato; - calcolo di un valore medio di detta quantità proporzionale a detta velocità (v) di detto velivolo (10) rispetto all'aria; - calcolo di un coefficiente di calibrazione Yjcome rapporto tra detta velocità media (uGPS j)di riferimento rispetto all'aria e detto valore medio di detta quantità proporzionale a detta velocità (v) relativa all'aria.
- 2. Un metodo come da rivendicazione 1, in cui è prevista una fase (93) di calcolo di detto coefficiente di calibrazione come coefficiente istantaneo (Yj), ed una fase (94) di aggiornamento di detto coefficiente di calibrazione, come coefficiente di calibrazione istantaneo (Yj), mediante una combinazione di detto coefficiente di calibrazione istantaneo e di un coefficiente di calibrazione precedente, calcolato a partire da dati di dette velocità di riferimento relativa al suolo (21) e a dati di detta grandezza (F) associata a detta velocità (v) relativa all'aria riferiti a elementi di traiettoria (24j-k)precedentemente percorsi.
- 3. Un metodo come da rivendicazione 1, in cui detta fase di calcolo di una velocità media (ucps,j) comprende una fase di determinazione di una circonferenza (29) approssimante dette velocità (uGps,ji) relative al suolo (21), in un piano (28) di coordinate corrispondenti alle componenti di detta velocità relativa all'aria in una proiezione piana (vx,vy)parallela al suolo (21) di detto elemento di traiettoria (24j ), in cui detta velocità media (uGps,j) relativa all'aria è determinata come la lunghezza (R) del raggio (26) di detta circonferenza (29).
- 4. Un metodo come da rivendicazione 3, in cui è prevista una fase (88) di calcolo di uno scarto medio tra detti valori di velocità rispetto all'aria e detta circonferenza (29) in detto piano (28) e una fase di calcolo di un peso (pj)da attribuire a detta detta velocità media (uGps,j) relativa all'aria, detto peso (ηj) essendo calcolato a partire da detto scarto medio, in particolare, detta fase (94) di aggiornamento comprende una combinazione lineare di detto coefficiente di correzione istantaneo (γj)e di detto coefficiente di calibrazione precedente (Yj-i), in cui sono rispettivamente previsti coefficienti pari a detto peso (pj)e al complementare all'unità di detto peso (pj).
- 5. Un metodo come da rivendicazione 2, in cui è prevista una fase di verifica (85,87) di detta circonferenza approssimante (29), comprendente almeno una fase di verifica scelta tra: confronto (85) di detta velocità media (uGPS,j) determinata come detto raggio (R) di detta circonferenza approssimante (29) con un valore di velocità di stallo (u*) di detto velivolo (10); - verifica (87) di presenza di punti corrispondenti a valori di dette velocità (uGps,ji) relative al suolo (21) in un angolo superiore ad un angolo (cp) di ampiezza predeterminata (cp*) su detto piano (28), in particolare un angolo di ampiezza 270°; ed è prevista una fase di eliminazione (86) di detti valori dette velocità (uGps,ji) relative all'aria ricevute durante detta fase di esecuzione dell'elemento di traiettoria (24j), in caso di esito negativo di detta fase di verifica (85,87).
- 6. Un metodo come da rivendicazione 1, in cui detta fase di calcolo di un coefficiente di calibrazione comprende fasi scelte tra: - correzione di detto valor medio di detti valori di detta grandezza associata (F) mediante detto coefficiente di calibrazione e calcolo di un valore corrente di velocità (v) reale rispetto all'aria a partire da detta grandezza associata corretta; - calcolo di valori di velocità reale rispetto all'aria a partire da valori di detta grandezza associata (Fji) e calcolo di detto valore medio di valori di velocità reale rispetto all'aria.
- 7. Un metodo come da rivendicazione 1, in cui detto elemento di traiettoria (24j) è una porzione (24j) di un percorso (24) di guadagno di quota in una corrente ascensionale (22).
- 8 Un metodo come da rivendicazione 1, in cui detta grandezza associata all'aria è scelta tra: - una pressione dinamica determinata direttamente come pressione differenziale tra una pressione totale e una pressione statica, in particolare detto strumento (30) comprende un tubo di Pitot, o indirettamente mediante il calcolo di una differenza di pressione tra una pressione dinamica e una pressione statica rilevate separatamente; - una velocità angolare di mezzi elica di detto strumento (30), atti ad entrare in rotazione in presenza di moto relativo di strumento (30) e di detta aria; - una velocità di un suono emesso da detto strumento (30) in un precorso in prossimità di detto strumento; - una differenza di temperatura di detta aria tra due punti in un percorso di detta aria in corrispondenza di detto strumento (30), detto strumento (30) essendo atto a cedere calore a detta aria in uno di detti punti.
- 9. Un metodo come da rivendicazione 1, in cui detta misurazione della velocità (uGps,ji) relativa al suolo (21) è eseguita attraverso un sistema satellitare globale di posizionamento, in particolare mediante GPS .
- 10. Un dispositivo (40') per calibrare uno strumento (30) di misura della velocità relativa all'aria (v) di un velivolo (10), detto strumento essendo atto a rilevare una grandezza (F) associata a detta velocità (v) relativa all'aria, detto dispositivo comprendendo: - mezzi (32) per acquisire misure di velocità (uGps,ji) relativa al suolo (21) di detto velivolo (10), in ciascun punto (Pj±) di una prima pluralità di punti (Pji) di un elemento di traiettoria (24j) percorso da detto velivolo (10), in particolare mezzi di ricezione GPS; - mezzi (34) di calcolo atti a calcolare una velocità media (uGPS,j) di riferimento rispetto all'aria a partire da dette velocità (uGPS,ji) relative al suolo (21); - mezzi (30') per acquisire da detto strumento (30 dati (Fji) di detta grandezza (F) associata a detta velocità (v) relativa all'aria), rilevato da detto strumento in una seconda pluralità di punti (Pji) di detto elemento di traiettoria (24j); - mezzi di calcolo (34) atti a calcolare per ciascun punto di detta seconda pluralità di punti (Pji), a partire da detti dati (Fj±) di detta grandezza (F) associata a detta velocità (v) relativa all'aria, una quantità proporzionale alla velocità di detto velivolo rispetto all'aria, tramite un algoritmo predeterminato; - mezzi di calcolo (34) atti a calcolare un valore medio di detta quantità proporzionale a detta velocità (v) di detto velivolo (10) rispetto all'aria; - mezzi di calcolo (34) atti a calcolare di un coefficiente di calibrazione Yjcome rapporto tra detta velocità media (uGps,j) di riferimento rispetto all'aria e detto valore medio di detta quantità proporzionale a detta velocità (v) relativa all'aria.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000040A ITPI20120040A1 (it) | 2012-04-07 | 2012-04-07 | Metodo e dispositivo per calibrare un misuratore di velocita' per un oggetto volante, e misuratore di velocita' provvisto di tale dispositivo |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000040A ITPI20120040A1 (it) | 2012-04-07 | 2012-04-07 | Metodo e dispositivo per calibrare un misuratore di velocita' per un oggetto volante, e misuratore di velocita' provvisto di tale dispositivo |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ITPI20120040A1 true ITPI20120040A1 (it) | 2013-10-08 |
Family
ID=46321312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT000040A ITPI20120040A1 (it) | 2012-04-07 | 2012-04-07 | Metodo e dispositivo per calibrare un misuratore di velocita' per un oggetto volante, e misuratore di velocita' provvisto di tale dispositivo |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| IT (1) | ITPI20120040A1 (it) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4829441A (en) * | 1987-03-26 | 1989-05-09 | Crouzet - A French "Societe Anonyme" | Method for determining the air speed of a helicopter, system for carrying on this method and method for calibrating such air speed determining method and system |
| US20090299554A1 (en) * | 2007-01-19 | 2009-12-03 | Airbus | Method and device for monitoring the speed of an aircraft |
| US20110238373A1 (en) * | 2009-12-14 | 2011-09-29 | United States of America as represented by the Administrator of the National Aeronautics and | In-Flight Pitot-Static Calibration |
-
2012
- 2012-04-07 IT IT000040A patent/ITPI20120040A1/it unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4829441A (en) * | 1987-03-26 | 1989-05-09 | Crouzet - A French "Societe Anonyme" | Method for determining the air speed of a helicopter, system for carrying on this method and method for calibrating such air speed determining method and system |
| US20090299554A1 (en) * | 2007-01-19 | 2009-12-03 | Airbus | Method and device for monitoring the speed of an aircraft |
| US20110238373A1 (en) * | 2009-12-14 | 2011-09-29 | United States of America as represented by the Administrator of the National Aeronautics and | In-Flight Pitot-Static Calibration |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8718971B2 (en) | System for determining the airspeed of an aircraft | |
| US11008118B2 (en) | Airspeed measurement system | |
| Wildmann et al. | Towards higher accuracy and better frequency response with standard multi-hole probes in turbulence measurement with remotely piloted aircraft (RPA) | |
| US7480548B2 (en) | High-altitude capable wide velocity range flight velocity vector measurement probe and measurement system | |
| CN106248139B (zh) | 大气数据测量探头 | |
| CN105675015B (zh) | 一种微机械陀螺仪零偏自动消除方法 | |
| CN105675901B (zh) | 用于估计飞行器空速的方法和设备 | |
| CN110346605B (zh) | 用于基于静压误差修正进行飞机空速校准的方法以及*** | |
| KR20150043392A (ko) | 바람 벡터 추산 | |
| CN109710961A (zh) | 一种基于gps数据的高空无人机升限数据处理方法 | |
| Rodi et al. | Correction of static pressure on a research aircraft in accelerated flight using differential pressure measurements | |
| US9815565B1 (en) | Tracker and vibration analysis system | |
| Popowski et al. | Measurement and estimation of the angle of attack and the angle of sideslip | |
| BR102015017185A2 (pt) | método de estimação da velocidade de uma aeronave em relação ao ar circundante, e sistema associado | |
| US20120265453A1 (en) | Air Data Sensor Device | |
| Pačes et al. | A combined angle of attack and angle of sideslip smart probe with twin differential sensor modules and doubled output signal | |
| US7999926B2 (en) | Method and device for determining anemometric parameters of an aircraft | |
| CN110954138A (zh) | 一种便携式气压高度计检测设备及其检测方法 | |
| CN113342053A (zh) | 一种飞机空速校准的方法 | |
| CN104748734B (zh) | 一种带倾角补偿的车载电子海拔罗盘仪 | |
| ES2651369T3 (es) | Sistema y proceso para medición y evaluación de datos aéreos e inerciales | |
| RU2396569C1 (ru) | Способ определения воздушных параметров в летных испытаниях летательного аппарата на больших углах атаки | |
| US20080034860A1 (en) | Method and a device for measuring the speed of an aircraft, in particular a rotorcraft at low speed | |
| EP3685170B1 (en) | An airflow measurement device | |
| ITPI20120040A1 (it) | Metodo e dispositivo per calibrare un misuratore di velocita' per un oggetto volante, e misuratore di velocita' provvisto di tale dispositivo |