[发明专利]一种基于空速管的小型无人机结冰探测方法

说明书

本发明公开了一种基于空速管的小型无人机结冰探测方法，属于结冰探测技术领域。该方法，根据动压、总压数据是否异常来判断是否结冰，判断过程如下：直接通过无人机上的空速管和大气数据测量系统来循环获取静压信号和总压信号，若在t₀时刻开始，静压数值连续15s以上保持恒定值P_s(t₀)，则说明静压口结冰堵塞；若在t₀时刻开始,总压数值突降，一段时间之后保持恒定，则总压口结冰；如果两种情况都发生，说明两个孔都结冰。所以，不管出现哪种情况，都可以判断已经开始结冰。此结冰探测方法使用无人机上本身的空速管以及大气数据探测系统，不需要额外增加其他装置，容易判断是否已经结冰，适用于小型无人机的结冰探测。

技术领域

本发明涉及结冰探测技术领域，对空速测试系统进行分析研究，从无人机实际飞行情况出发，通过对静压、总压数据的分析提出一种基于空速管的结冰探测技术，可应用于小型无人机结冰探测。

背景技术

飞机结冰会影响飞行性能，威胁飞行安全，严重时会导致飞机坠毁。结冰传感器实时监测结冰信号，配合机载除冰装置工作，有效保证结冰气象条件下飞行安全性。

目前已提出的结冰探测典型方法有摄像法、光纤法、电容法、谐振法等等，但是现有的结冰传感器要么不具备实时性，要么价格昂贵，且都需要对无人机进行改动，不适用于小型无人机。

当飞机空速管结冰时，空速管的总压孔和静压孔可能会因结冰而堵塞，飞机总压值以及静压值可能会出现异常，从而导致某些大气参数数据异常，受此启发，提出一种基于空速管的小型无人机结冰探测技术，根据空速管所测静压和总压数据是否异常判断结冰现象是否发生。

发明内容

本发明提出一种适用于小型无人机的结冰检测技术，可以使用无人机原本的空速管，不需要对表面做任何的改动，信号检测容易，价格低廉，适用于小型无人机。

为了研究清楚总压、静压数据与结冰之间的关系，有必要先弄清楚总压、静压数值的影响因素。在讨论影响因素之前，先了解下下面几个参数的定义：

指示空速V_i：假定大气密度不随高度变化，静压和大气温度为常数，用海平面标准面的大气静压和大气温度算出来的空速。

气压高度H_p：从无人机到一个标准大气压气压平面(760mmHg)的垂直距离。

如图1所示，空速管是测量气流总压和静压以确定气流速度的一种管状装置，通常将其安装在飞机外面气流较少受到影响的区域，比如飞机头部或者机翼前缘等。测速时，将空速管头部对准来流，此时头部来流方向所开的小孔A称为总压孔，感受来流总压P_o(静压和动压之和)；外套管壁上均匀地开有一排静压孔B，感受来流静压P_s。

已知总压P_o、静压P_s、动压P_q关系为：

P_o＝P_s+P_q (1)

无人机的飞行速度都比较低(Ma远远小于1)，且一般在对流层中飞行(气压高度H_p小于11000米)。在此范围内可知：

考虑无人机处于亚音速且空气压缩，指示空速V_i(Km/h)与动压P_q(kPa)关系式为：

用matlab绘制动压与指示空速之间的函数关系如图2所示：

从图2可以看出动压随着指示空速的增加而增加。