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| 一种临近空间高超声速飞行器的大气数据计算方法 | |
杨超 ; 孙泉华; 胡远; 王小永; 洪启臻
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| 2024-06-07 | |
| Rights Holder | 中国科学院力学研究所 |
| Abstract | 本发明公开了一种临近空间高超声速飞行器的大气数据计算方法：飞行前，由高精度气象数值预报给出整个飞行空域中的三维气象场信息；飞行中，获取整个飞行空域的实时传感器数据；根据飞行器坐标，从三维气象场中插值获得相应位置处的气象信息。该气象信息包括气压P、温度T、纬向风速、经向风速。本方法利用飞行器的惯导系统和GPS系统，并结合高精度数值预报给出气象信息，计算出实时的大气数据供飞行器使用，替代了传统大气数据系统，解决了传统大气数据系统的外置空速管会一定程度上改变飞行器的气动外形、导致升阻比下降，以及压力传感器难以准确测量海拔30km以上的低气压、导致基于气压换算的攻角、侧滑角、空速、马赫数不准确的难题。 |
| Application Date | 2023-02-02 |
| Application Number | CN202310118590.7 |
| Patent Number | CN116127763B |
| Claim | 1.一种临近空间高超声速飞行器的大气数据计算方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、飞行前，由高精度气象数值预报给出整个飞行空域中的三维气象场信息，即：整个飞行空域中的气压P、温度T、纬向风速ugrd、经向风速vgrd的三维分布； 步骤二、飞行中，获取整个飞行空域的实时传感器数据；其中，由GPS系统获得飞行器的坐标和地固系速度,由惯导系统获取描述飞行器姿态的四元数；所述飞行器的坐标为经度lon、纬度lat、海拔高度alt；所述地固系速度为东向速度ux、北向速度uy、天向速度uz；所述姿态四元数为(q0,q1,q2,q3)； 步骤三、根据飞行器坐标，从三维气象场中插值获得相应位置处的气象信息；所述相应位置处的气象信息包括气压P、温度T、纬向风速ugrd、经向风速vgrd； 步骤四、依次计算出真空速TAS、马赫数Ma、攻角α、侧滑角β； 所述步骤四的依次计算出真空速TAS、马赫数Ma、攻角α、侧滑角β，具体过程如下： (1)从地固系速度中减去风速，获得ux1、uy1、uz1； ux1＝ux-ugrd (1) uy1＝uy-vgrd (2) uz1＝uz (3) (2)根据飞行器姿态，将上一步计算的三个速度分量从地固系转换至机体系； M1为描述飞行器姿态的逆转换矩阵，由四元数计算 M2为描述机体系和地固系的初始对应关系的转换矩阵，以航空领域的常用定义为例，机体系三轴依次为飞行器前、右、下方向，飞行器在初始时水平放置、机头朝北，则机体系的前、右、下分别与地固系的北、东、地对应，因此可得 (3)计算攻角α、侧滑角β； α＝atan2(vz,vx) (7) (4)计算真空速TAS、马赫数Ma； TAS＝((vx)2+(vy)2+(vz)2)0.5 (9) Ma＝TAS/(1.4*287*T)0.5 (10)。 |
| Language | 中文 |
| Classification | 发明授权 |
| Status | 有效 |
| Note | 授权 |
| Country | 中国 |
| Agency | 北京维正专利代理有限公司 |
| Document Type | 专利 |
| Identifier | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/97393 |
| Collection | 宽域飞行工程科学与应用中心 高温气体动力学国家重点实验室 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 杨超,孙泉华,胡远,等. 一种临近空间高超声速飞行器的大气数据计算方法. CN116127763B[P]. 2024-06-07. |
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| File Name/Size | DocType | Version | Access | License | ||
| Pt2024F086.pdf（1731KB） | 专利 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Download | ||
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