专利名称：用于检测堵塞的皮托-静压口的系统和方法
技术领域：
本发明涉及航空电子学。更具体地，本发明涉及用于确认飞机的大气数据系统的堵塞皮托管、静压口或其它压力端口的方法和装置。
背景技术：
飞机通常包括用于确定飞机的纵向空速和高度的大气数据系统。这些系统也经常用于测量迎角和侧滑角。皮托系统包括一个或多个皮托管，所述皮托管从机身突出来进入到气流当中，并允许大气的冲击压力进入所述管。皮托管具有开口，通常为圆形朝前的。所述开口在飞机穿过空气移动时暴露于大气冲压中。传感器感测压差，所述压差可以是皮托管中的气流冲击压力与静压口中的大气静压之间的压差。指示空速的输出通常由大气数据计算机提供至驾驶舱内的空速指示器。静压系统通常包括一个或多个静压端口，它们感测飞机外部的大气压力，理想的是不受飞机移动造成的压力变化的影响。基于许多目的，静压是用于飞机的重要参数，包括确定高度、高度变化率、空速和空速变化率，其中最后提到的参数继而用作对各种其它设备的输入，所述各种其它设备如为飞行管理系统、自动驾驶仪、近地警告系统和风切变探测器。通过静压口感测的标准大气压力用于产生高度指示信号，其通常由大气数据计算机提供给飞机驾驶舱内的高度表。通常的情况是，在较新式的飞机中，静压口与皮托管是一体的。大气数据探针也可以包括设计用来测量迎角或侧滑角的压力端口。传感器感测位于探针的顶侧和底侧上的压力端口之间的压差以测量迎角。可以类似地测量侧滑角，方式是通过感测位于探针的左侧和右侧上的端口之间的压差，或作为另外的选择，可以通过比较左侧探针中的压力与右侧探针中的压力进行测量。大气数据系统的皮托管、静压口及其它相关端口有时可能会发生堵塞，这会严重地影响感测压力的精确度，因此严重地影响所确定的空速、高度或其它测定的大气数据参数的精确度。皮托管和静压口可能会被例如由昆虫、鸟撞击、火山灰、结冰及其它碎片所造成的异物堵塞。皮托端口特别容易堵塞，因为皮托开口是朝前的，因此最容易结冰或吞入异物。目前还没有可靠的系统和方法来检测皮托管和/或静压口是发生了故障，还是实际上被任何前述的碎片所堵塞。例如，就堵塞的皮托管和排放孔来说，目前的技术依赖于通过与其它源或系统进行比较来感测定(滞留)压，而这是不可靠的(例如，如果飞机在恒定的空速和高度时发生堵塞，则堵塞可能对测定的压力没有影响)。因此，多种共同模式的故障可能会使得很难或无法确定哪些系统(如果有的话)仍然在以正确的方式运行。此外， 目前的技术不能区分堵塞的端口和与压力传感器相关的问题，如果两个或更多个通道出现大致相同量的差错，则也有可能错误地挑出正常运转的压力测量值
发明内容
在一方面描述了航空电子系统和检测气动堵塞的方法，其中本发明的一方面包括气压测量系统，所述气压测量系统包括用于检测气压的与大气探针部件的进气口关联设置的第一传感器。所述气压测量系统还包括用于检测气压的与大气探针部件的进气口关联设置的第二传感器，第二传感器的频率响应高于第一传感器的频率响应。大气数据计算机与第一和第二传感器中的每个相连接，并且配置成且可操作以使用由第一传感器检测的气压计算第一飞机运动测量项，并且其进一步操作根据由第二传感器输出的频率含量和高度来确定是否第一传感器出现故障或者是否大气探针部件的进气口发生堵塞。在本发明的另一方面，航空电子系统包括气压测量系统，所述气压测量系统包括与电子压力传感器连接的大气探针部件。电子传感器配置成且可操作以提供来自大气探针部件并指示气压测量项的第一电信号和来自大气探针部件并且也指示气压测量项的第二电信号，其中所述第二电信号的频率响应高于所述第一电信号的频率响应。大气数据计算机与第一和第二电信号中的每个相连接，其中大气数据计算机配置成且可操作以使用第一电信号来计算机运动测量项，并根据第二电信号的频率含量和高度确定是否大气探针部件被冰或其它碎片堵塞。可以意识到并理解的是，优选将第一传感器设计成提供对被监测压力的稳定测量，优选将第二传感器设计成量化气流中的湍流或其它噪声的量。此湍流由大气中自然发生的湍流、机身上方气流中的湍流和由探针及其附近中的气流引起的湍流组成。堵塞的端口可能不一定会造成由第一传感器所测定的压力的任何偏移，但应该显示出实际上不指示来自第二传感器的湍流或其它噪声。在本发明的另一方面，大气数据计算机配置成且可操作以使用前述第二电信号计算第二飞机运动测量项，所述第二飞机运动测量项不同于前述第一飞机运动测量项。
可以参考以下结合附图一起对本发明示例实施方案的详细描述来理解本发明的目标和特点，其中图1是示出按本发明实施方案的皮托-静压监测系统的框图；图2是图1中所示的皮托-静压监测系统的框图的若干部分；图3是示出本发明方法的流程图，所述方法可使用图1中所示的皮托-静压监测系统来实施；以及图4是按本发明其它实施方案如图1中所示的皮托-静压监测系统的若干部分的框图。
具体实施例方式现在参考附图更完整地描述本发明，其中显示本发明的示例性实施方案。本发明不以任何方式限于示例的实施方案，因为下述的示例实施方案仅仅是本发明的例示，如本领域技术人员理解的那样，本发明能够以多种形式具体实施。因此，要理解的是，本文中公开的任何结构和功能细节不得解释为具有限制意义，而仅仅是作为权利要求的依据，以及教导本领域技术人员以不同方式利用本发明的代表性内容。此外，用在本文中的术语及短语的目的并不是要限制，而是要提供对本发明的可理解性的描述。主题发明以及如下面参考示例实施方案讨论的内容涉及用二次压力传感器增强大气数据探针部件(如皮托管或静压口，但不限于此)中的一次大气数据压力传感器的新的适用系统和方法，该二次压力传感器具有比前述大气数据探针的一次传感器更高的动态信号检测范围。飞机大气数据计算机分析具有较高动态信号范围的二次传感器的检测信号中存在的湍流或噪声，以确定是否皮托管或静压口出现故障，或者在大气数据探针部件中已发生气动堵塞。除了检测大气数据探针的操作和堵塞状态以外，具有较高动态信号范围的二次传感器的检测信号还可以被飞机计算机系统利用来确定飞机运动的计算，这种计算需要的频率响应比典型的要高(如，但不限于，使得能够提供适当的测量项以输入到阵风载荷减缓系统，以及在具有闭环飞行控制系统的静态不稳飞机中)。要理解的是，前述频率响应只被理解为按照本发明示例实施方案的描述为示例性的，因此不能被理解为受限于此。更进一步地，前述二次传感器可以被飞机计算机系统利用来提供备用传感器，用于在大气数据探针部件的一次传感器出现故障或失灵的情况下确定飞机运动的计算。现在参考图1的示例实施方案，所示为适应于按本发明提供皮托-静压监测的航空电子系统100的框图。系统100利用许多航空电子系统的常规部件，它们被适应成能实施本发明的方法。系统100包括与大气数据计算机120连接的皮托-静压系统105，大气数据计算机120与飞行显示器/控制器125连接。要理解的是，图1中所示的航空电子系统 100的实施方案只是为示例的目的提供的，不能被理解为受限于此。例如，要理解和意识到， 皮托-静压系统105可包括任意数目的皮托探针110、静压口 115或用于确定测量项(除了其它测量项以外，如迎角、侧滑角)的其它大气数据探针部件及组合。如下面要进一步讨论到，皮托-静压系统105优选包括具有一个或多个皮托管的皮托系统110，所述皮托管可能会发生堵塞。皮托系统110提供对大气数据计算机120的输出112。输出112可以是气动压力、电信号或其它类型的输出，所述其它类型的输出指示由皮托管感测的压力，并因此通常也指示安装了系统100的飞机的空速。还如面要进一步讨论到，静压系统115优选包括感测飞机外部大气压力的静压端口。静压系统115提供对大气数据计算机120的输出117，其通常指示飞机的高度。如同皮托系统110的输出112，静压系统115的输出117可以包括压力、电信号或指示静压系统 115感测的压力或飞机高度的其它输出。虽然所示的输出112和117为与大气数据计算机连接，但在其它实施方案中，也可以将这些输出直接提供给高度表和空速指示器。在所示的实施方案中，大气数据计算机120对飞行显示器/控制器125提供空速和高度数据122。飞行显示器/控制器125通常对飞机的飞行员显示高度和空速信息。另外，飞行显示器/控制器125可根据空速和高度数据122自动地控制飞机操作的各方面。现在参考图2A(并继续参考图1)，所示为皮托系统110，优选示出的是常规的皮托管部件150，其优选从机身中突出进入气流当中，从而允许大气的冲击压力进入皮托管 152。皮托管152通常具有一般为圆形朝前的开口 154。开口 IM在飞机穿过大气移动时暴露于大气冲压中。要理解的是，本发明可利用多种不同类型和构造的皮托系统110，其中提供图2A中所示的皮托系统仅用于示例的目的。按本发明的示例实施方案，皮托管部件150的皮托管152显示为与优选在大气数据计算机120中的一次压力传感器210和二次压力传感器220连接。在示例的实施方案中，一次压力传感器210被理解为配置成且可操作以提供对检测自皮托管152的大气冲压的常规频率响应范围，或者继而优选被大气数据计算机120用来进行通常的空速测定。还要理解的是，一次压力传感器210配置成且可操作以优选通过主要用于提供精确测量的模拟滤波和/或后续数字滤波排斥高频噪声。关于二次压力传感器220，其优选配置成且可操作以提供频率响应信号范围，该频率响应信号范围高于前述一次压力传感器210的频率响应信号范围，一次压力传感器210的信号优选被大气数据计算机120用来确定是否皮托管 152(包括皮托系统110的排放孔)受到冰或其它碎片物的堵塞，以及计算下面要参考图3 描述的其它测定项。现在参考图2B(并继续参考图1)，所示为静压系统115，优选示出的是与机身齐平安装的常规静压端口部件160。静压端口部件160配置成且可操作以感测飞机外部的大气压力，优选不受由飞机运动造成的压力变化的影响。机身上存在的静压优选经歧管和配管168由多个静压口 162-166提供至一次静压传感器230和二次静压传感器MO。如上所述，静压是飞机为多种目的使用的重要参数，这些目的除了其它测定外包括测定高度、高度变化率、空速和空速变化率。通常情况下，由静压口 162-166感测的标准大气压力用于通过大气数据计算机120产生高度指示信号，该信号通常由大气数据计算机120提供至飞机驾驶舱中的高度表。类似于皮托系统110的前述示例实施方案，静压端口部件160的一次压力传感器 230应理解为配置成且可操作以提供对检测自静压端口部件160的大气压力的常规频率响应，其继而优选被大气数据计算机120用来进行通常的高度指示信号的测定。也要理解的是，一次压力传感器230配置成且可操作以优选通过主要用于提供精确测量的模拟滤波和 /或后续数字滤波排斥高频噪声。关于二次压力传感器对0，其优选配置成且可操作以提供频率响应信号范围，该频率响应信号范围高于前述一次压力传感器230的频率响应信号范围，一次压力传感器230的信号优选被大气数据计算机120用来确定是否静压端口部件160 受到冰或其它碎片物的堵塞，以及计算下面要参考图3描述的其它测定项。现在参考图3，按本发明的示例实施方案，图3描述的框图示出按本发明使用如参考图1和图2A及2B描述的系统监测皮托-静压航空电子系统堵塞的方法。如方框305所示，使用前述皮托-静压系统的一次压力传感器210、230的检测气压信号，由大气数据计算机120将飞机运动速率(例如，除了其它测定项外，高度、高度变化率、空速和空速变化率) 计算为感测的压力的函数。在方框310中，大气数据计算机120配置成且可操作以分析二次压力传感器220J40的检测气压信号，优选分析自二次压力传感器220J40的信号的频率含量和振幅，以确定压力信号中的高频噪声的存在(方框31 。要理解和意识到，来自二次传感器220、240的高频信号成分的存在指示其相关的探针部件(皮托管部件150、静压端口部件160)没有被冰或其它碎片堵塞。因此，如果大气数据计算机120确定没有来自二次传感器220 J40的高频率含量，则大气数据计算机120确定其相关的探针部件(皮托管部件150、静压端口部件160)没有被冰或其它碎片堵塞(方框320)。另外，在方框325中，如果大气数据计算机没有接收到来自一次气压传感器210、230的信号，但的确接收到来自其相关的二次气压传感器220440的高频噪声信号，则大气数据计算机确定一次气压传感器 210,230未提供故障信号，没有被冰或其它碎片堵塞，而在堵塞的情况下大气数据计算机 120优选配置成且可操作以利用来自其相关二次气压传感器220J40的信号确定飞机运动数据测量项(例如，空速、高度等)，该测量项由来自现在确定的故障一次气压传感器210、 230的信号确定(方框330)。
在本发明另一实施方案中，要理解和意识到，大气数据计算机120配置成且可操作以利用二次气压传感器220440的高频响应信号确定飞机运动测量项。优选的是，这种飞机运动测量项(例如，阵风载荷减缓)的确定需要来自具有高频信号分量的气压传感器的信号，所述高频信号分量通常在一次气压传感器210、230中被滤出。在本发明又一实施方案中，图4中所示为大气探针部件400，如前述的皮托管部件或静压端口部件，其中大气数据计算机120提供第一电信号输出410，其指示经由探针部件 400检测的气压测量项，其经模拟或电子信号滤波器412滤波以除去其中的高频信号分量。 由大气数据计算机120提供第二电信号输出420，其指示经由探针部件400检测的气压测量项，其优选包括所有的高频信号分量，因此要意识到和理解的是，第一电输出信号410类似于由如上所述的前述一次传感器(210，230)提供的经滤波的气压信号，第二电输出信号类似于由也如上所述的前述二次传感器(220二40)提供的气压信号。进一步要理解和意识到，在本文中针对第一和第二电输出信号(410，420)而不是针对来自一次传感器010， 230)和二次传感器020，240)的输出来重复上面针对图3描述的过程。本发明任选的实施方案也可以说是包括了本文中提到或指出的部件、元件和结构，它们是单独的或者是集合的，部件、元件或结构中的两种或更多种可以任意组合或全部组合，且其中本文提到特定的整体，其在本发明涉及的领域中具有已知的等效物，这种已知的等效物被视为纳入在本文中，如同单独给出一样。虽然已描述了本发明的示例实施方案，但应理解的是，本领域技术人员在不偏离本发明范围的情况下可进行各种变化、替换和改动。
权利要求
1.一种监测航空电子系统气动堵塞的方法，所述方法包括 提供用于检测气压的与进气口关联的第一传感器，提供用于检测气压的与所述进气口关联的第二传感器，所述第二传感器的频率含量高于所述第一传感器的频率含量；使用由所述第一传感器检测的气压计算飞机运动数据；以及根据所述第二传感器的输出中的频率含量确定是否所述第一传感器出现故障或者是否所述进气口发生堵塞。
2.如权利要求1中所述的航空电子系统监测方法，其中所述第一传感器包括可操作以由所述第一传感器提供信号的滤波器，所述第一传感器具有适合测定飞机运动数据的频率含量。
3.如权利要求1中所述的航空电子系统监测方法，其中所述进气口包括皮托管。
4.如权利要求1中所述的航空电子系统监测方法，其中所述进气口包括静压口。
5.如权利要求1中所述的航空电子系统监测方法，其中所述飞机运动测量项包括空速。
6.如权利要求1中所述的航空电子系统监测方法，其中所述飞机运动测量项选自飞机高度、迎角和侧滑角。
7.如权利要求1中所述的航空电子系统监测方法，进一步包括使用由所述第二传感器检测的气压确定第二飞机运动测量项的步骤。
8.如权利要求1中所述的航空电子系统监测方法，其中所述第二传感器的所述较高的频率含量提供用于输入到阵风载荷减缓系统的测量项。
9.如权利要求1中所述的航空电子系统监测方法，进一步包括当确定所述第一传感器出现故障时使用由所述第二传感器检测的气压确定所述飞机运动数据。
10.一种航空电子系统，包括 气压测量系统，其包括；用于检测气压的与进气口关联设置的第一传感器，所述第一传感器具有第一频率响应；用于检测气压的与所述进气口关联设置的第二传感器，所述第二传感器具有的频率响应高于所述第一传感器的频率响应；和与第一和第二传感器每个相连接的大气数据计算机，其操作使用由所述第一传感器检测的气压计算第一飞机运动测量项，并且其进一步操作根据由所述第二传感器输出的频率含量和高度来确定是否所述第一传感器出现故障或者是否所述进气口发生堵塞。
11.如权利要求10中所述的航空电子系统，其中所述大气测量系统还包括提供所述进气口的皮托管。
12.如权利要求10中所述的航空电子系统，其中所述大气测量系统还包括提供所述进气口的静压口。
13.如权利要求10中所述的航空电子系统，其中所述飞机运动测量项包括空速。
14.如权利要求10中所述的航空电子系统，其中所述飞机运动测量项数据包括飞机高度。
15.如权利要求10中所述的航空电子系统，其中所述大气数据计算机的操作进一步使用由所述第二传感器检测的气压确定第二飞机数据测量项。
16.如权利要求10中所述的航空电子系统，其中所述第二传感器的所述较高频率响应提供用于输入到阵风载荷减缓系统的测量项。
17.如权利要求10中所述的航空电子系统，其中当确定所述第一传感器出现故障时， 所述大气数据计算机进一步的操作使用由第二传感器检测的气压确定所述第一飞机运动测量项。
18.一种计算测定飞机的测量项的方法，所述方法包括提供设置在飞机中并与进气口气流连通的第一传感器，所述进气口的至少一部分设置在所述飞机的外部部分上，用于检测所述飞机外部的气压，所述第一传感器具有第一频率响应；提供设置在飞机中并与所述进气口气流连通的第二传感器，用于检测所述飞机外部的气压，所述第二传感器具有的频率响应高于所述第一传感器的频率响应；使用计算机以由所述第一传感器检测的气压计算测定所述飞机的测量项；以及根据所述第二传感器输出的频率含量和高度，在计算机中确定是否所述第一传感器出现故障或者是否所述进气口发生堵塞。
19.一种航空电子系统，包括气压测量系统，其包括；大气探针元件；操作性连接于大气探针元件的传感器，其提供来自所述大气探针元件并指示气压测量项的第一电信号和来自所述大气探针元件并指示气压测量项的第二电信号，所述第二电信号具有的频率响应高于所述第一电信号的频率响应；和与第一和第二电信号每个相连接的大气数据计算机，其操作使用所述第一电信号计算飞机运动测量项，并且其进一步操作根据所述第二电信号的频率含量和高度来确定是否所述大气探针元件发生堵塞。
20.如权利要求19中所述的航空电子系统，其中所述大气数据计算机使用所述第二电信号来计算第二飞机运动测量项。
全文摘要
用于检测气动堵塞的航空电子系统及方法，具有气压测量系统，其包括与大气探针部件的进气口关联设置的第一传感器。气压测量系统具有用于检测气压的与进气口关联设置的第二传感器，其中第二传感器的频率响应高于第一传感器的频率响应。大气数据计算机与第一和第二传感器每个相连接，其配置成且可操作以使用由第一传感器检测的气压计算第一飞机运动测量项，并且其进一步操作根据由第二传感器输出的频率含量和高度来确定是否第一传感器出现故障或者是否进气口发生堵塞。
文档编号G01F1/46GK102466535SQ201110357929
公开日2012年5月23日 申请日期2011年11月11日 优先权日2010年11月15日
发明者J·迪博, T·T·戈利 申请人:罗斯蒙特航天公司
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