基于矢量传感器的嵌入式大气数据测量技术的研究

本项目旨在空气动力学和气流声学的基础上，建立在气流声场中质点振速与大气数据之间的联系，研究一种新型的嵌入式大气数据测量技术，为我国现代飞行器（如第五代战机）的研制提供技术准备。.项目的主要研究内容包括：系统的空气动力学模型的建立及模拟仿真验证；具有良好稳定性和容错性的大气数据实时算法及性能分析；传感器数量与布局优化和引气管路结构的分析与设计；系统测量模型的模拟仿真计算和风洞试验。.基于矢量传感器的嵌入式大气数据传感系统是一种应用于现代飞行器的大气数据测量系统，它在测量精度、系统可靠性和适用范围上都具有很大优势。该系统突破了传统的"压力法"测量大气数据的模式和理论，利用矢量传感器的测量值直接计算空速，简化了系统的空气动力学模型。由于高空高速气流声场物理性质的复杂性，这项研究几乎处于空白。因此，这项研究不仅具有重要的理论意义和应用价值，而且是一项具有开创性的工作。

随着航空航天技术的飞速发展，现代飞行器应具备在大马赫数、大功角条件下飞行的能力。而传统的大气数据测量系统无法满足这种高超声速、高机动性飞行器的设计要求。本项目旨在研究基于声矢量传感器的新型大气数据测量方法，为我国现代飞行器的研制提供技术储备。其主要研究内容和重要结果如下：1）研究了在亚声速和超声速气流作用下声波的传播规律，建立了同时适用于亚声速和超声速气流的声传感器阵列测量模型，从原理上，实现了从亚声速到高超声速整个范围内气流速度的统一测量。2）研究了具有良好实时性和容错性的气流速度测量方法。将稀疏表示理论成功地引入到基于声传感器阵列的亚/超声速气流速度测量问题中，减少了算法的计算量，增强了测量的实时性；在数据缺失情形下，提出了亚/超声速气流速度的测量算法，扩大了算法的应用范围，增强了测量的容错性。3）研究了基于直接测量气流速度的大气数据解算方法，给出了自由流速度的简洁表达式，减少了测量的运行时间，提高了测量的实时性。对飞行器表面不同位置的绕流速度进行仿真计算和风洞试验，分析了流场转捩、分离情况，确定了传感器合理安装位置，优化了传感器布局方案。4）研究了引气管路的设计原则，提供了测速系统中气动管路损失的补偿方法。在项目执行期间，发表（录用）了28篇研究论文、5篇学位论文，获得了2项省级科研学术奖励；其中5 篇论文被 SCI 收录、15篇论文被 EI 收录、1篇论文被 ISTP 收录，2篇硕士学位论文获得省级硕士优秀学位论文。基于矢量传感器的嵌入式大气数据测量技术是一个全新技术，据课题组查到的资料来看，国内外研究文献对此没有专门论述。因此，这项研究对于现代飞行器的发展具有重要的理论意义和应用价值，是一项具有开创性的工作。