飞机的AOA传感器设计

作为电子设计社群的一员，对于日前波音(Boeing) 737 MAX 8型客机设计导致346人死亡的空难意外，让我感到十分愤怒和失望。我总觉得，只要「追踪金流」(Follow the money)来源，就可能发现导致大多数问题发生的原因。无论是急于在竞争对手之前推出产品，还是试图在产品选项上赚更多钱，结局往往都不会太好。KY2ednc

从技术面来看，我们有能力开发出能够可靠地侦测动作、指南针方向等功能的智能型手机，也开发出令人惊叹的MEMS技术，不仅坚固耐用还可用于改善许多创新电子系统。难道还不能开发出让基于MEMS动作的攻角(Angle of Attack；AOA)传感器更坚固可靠的技术吗？从现有的设计来看，其故障率仍相当高。KY2ednc

当然，目前的飞机设计上搭载了两个AOA传感器，分别位于飞机两侧用于作为冗余和比较，应该算是理想的解决方案了。然而，波音公司却将第二个AOA传感器作为选配。当然在事故发生后，他们已经改变了这一设计。KY2ednc

不过，根据美国有线电视新闻网(CNN)报导，在空难发生之前，美国联邦航空局(FAA)至少已经收到216次波音737 Max仅用单一传感器而导致故障的报告。(请参考CNN的报导：Boeing relied on single sensor for 737 Max that had been flagged 216 times to FAA.)KY2ednc

什么是攻角(AoA)？KY2ednc

飞机中的「攻角」(Angle of Attack；AoA)定义为飞机的机翼弦线与飞行间自由流之夹角。KY2ednc

AOA为什么很重要？KY2ednc

无论飞行速度快或慢，如果AOA太高超过了「临界攻角」(critical angle of attack)，飞机就会失速。KY2ednc

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图1：飞机的攻角(AOA)KY2ednc

例如Safe Flight Instrument Corp.提供的多种AOA解决方案。KY2ednc

MEMS AOA传感器KY2ednc

迄今为止，AOA设计中的MEMS装置似乎仅用于产生人造气流的「风洞」(Wind Tunnels )和无人机系统(UAS)。KY2ednc

AOA的校准KY2ednc

IEEE的一篇文章——《Wind identification via Kalman filter for Aircraft Flow Angles Calibration》中介绍如何使用卡尔曼(Kalman)滤波器进行AOA校准。为了进行AOA校准，需要有一些基准数据，用于与待校准传感器的实际输出测量值进行比较。KY2ednc

为了确定气流的角度(参见图2)，必须使用惯性导航系统和气流数据传感器的测量值，对AOA进行高精度的基准测量，同时使用校准空速测量和惯性数据以及采用MATLAB/Simulink建置的卡尔曼滤波器，对其进行分析重建。KY2ednc

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图2：定义气流角度KY2ednc

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 (原文发表于ASPENCORE旗下EDN姐妹媒体Planet Analog，参考链接：Aircraft: Angle of Attack (A0A) Sensor design，by Steve Taranovich；编译：Susan Hong)KY2ednc

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