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飞机的AOA传感器设计

2019-05-28 Steve Taranovich 阅读:
飞机的AOA传感器设计
攻角(AOA)传感器分别位于飞机两侧,用于作为冗余和比较,测量机翼翼弦与相对气流之间的夹角。然而,波音公司却将第二个AOA传感器作为选配…

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。A5gednc

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。A5gednc

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。A5gednc

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.)A5gednc

什么是攻角(AoA)?A5gednc

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。A5gednc

AOA为什么很重要?A5gednc

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。A5gednc

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图1:飞机的攻角(AOA)A5gednc

例如Safe Flight Instrument Corp.提供的多种AOA解决方案A5gednc

MEMS AOA传感器A5gednc

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)。A5gednc

AOA的校准A5gednc

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。A5gednc

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。A5gednc

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图2:定义气流角度A5gednc

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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)A5gednc

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本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Steve Taranovich
EDN资深技术编辑。Steve Taranovich是EE Time姊妹网站Planet Analog的主编,也是EDN的高级技术编辑。 Steve在电子行业拥有40年的从业经验。 他在纽约布鲁克林理工大学获得电子工程硕士学位,在纽约布朗克斯纽约大学获得BEEE学位。 他还是IEEE长岛教育活动委员会主席。 他在Burr-Brown和德州仪器公司工作多年,在模拟设计方面有丰富的经验,并有着嵌入式处理的教育背景。 Steve做了16年的电路设计工程师,随后他成为Burr-Brown Corp的首批现场应用工程师之一,并成为他们首批前往欧洲、印度和中国的全球客户经理之一。
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