五孔探针测风皮托管-无人机测风空速管

五孔探针测风皮托管-无人机测风空速管-五孔探头皮托管测风速

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    垂直风速（特别是正垂直风速或上升气流）在大气科学中的重要性促使人们需要在小型无人机（UAV）或遥控飞机（RPA）上安装为五孔探针测风皮托管-无人机测风空速管。在大气研究中，无人机（UAV）能够准确测量大气风矢量（三维方向和大小），即使是在云中，这为理解气溶胶-云中的相互作用提供了必要的观测工具。云底垂直风速是研究气溶胶-云相互作用的关键参数。为了测量风的矢量三个分量，无人机配备了五孔探针测风皮托管、压力传感器和惯性导航系统（INS）。同时在多轴平台上对五孔探针测风皮托管-无人机测风空速管进行了标定，并在风洞中对探针-惯性导航系统进行了验证。将五孔探针测风皮托管的功率谱密度（PSD）函数和湍流动能（TKE）与气象桅杆上的超声波风速计进行了比较。在Mace Head大气研究站（爱尔兰）的Bacchus野外活动期间，部署了一支无人机机队，以对大气进行剖面分析，并补充对气溶胶、云和气象状态参数的物理和化学性质进行的地面和卫星观测。这架带有五孔探针测风皮托管无人机是用平直飞行的，用来测量云层内的垂直风速。用地面云雷达的垂直速度验证了无人机的垂直速度测量结果，结果表明，两种测量结果都产生了10%范围内的云滴数浓度模型。上升气流速度分布显示了不同气象条件下垂直云场之间的明显关系。

黛尔特（北京）科技有限公司的ADP-55加热型空速管安装在EVTOL飞行器上

  垂直风是理解气溶胶-云相互作用（ACIS）的关键参数。在追踪大气中基于飞机的风测量的发展过程中，自20世纪60年代以来一直在追求三个发展方向：改进机载平台、惯性导航系统（INSS）和传感器。机载平台已经从大型飞机发展到超轻型无人机系统。综合惯性导航传感器系统(INSS)测量飞机（或无人驾驶飞机系统）的线性和旋转运动，并用于在地球坐标系中反演风矢量。综合导航传感器系统的一个重大改进是GPS（全球定位系统）数据与融合传感器的集成。大气中风矢量的总体精度已经大幅度提高，从1 m/s带风向标传感器到0.03 m/s带多孔探针测风皮托管和先进的惯性导航系统。在过去的十年里，GPS、惯性导航系统INSS和传感器已经足够小型化，可以安装在超轻型遥控飞机系统（RPAS）和无人机上，该系统已经扩展了以前限于传统载人飞机的观测能力。

  特别是多孔探针测风皮托管和惯性导航系统是固定翼和旋翼机获得垂直风的主要机制。多孔探针测风皮托管、压力传感器和惯性导航系统的结合决定了大气风测量的精度。文献中报告了不同无人机平台垂直风测量w的以下精度；这些精度是通过不同的方法获得的，这些方法提供了1σ不确定度或与特定一对多孔探针皮托管-惯性导航系统INS相关的系统误差分析。

   五孔探头测风皮托管（压差比）攻角传感器和侧滑角传感器的架构比较简单，主要包括用来测量各种压力的半球形或圆锥多孔探针(探头）、若干气动管路贯穿探头（探针）、连接部分和支撑部分传导压力，差压传感器将压力信号转换为电信号，通过公式，计算出风的矢量（方向和大小），即空中三维风速的测量。

典型应用：五孔空速管测风、五孔探头皮托管和五孔探针三维风速矢量测量

经典产品：ADS-9、ADP-55和ADS-12集成式五孔空速管大气数据系统

ADS-9、ADP-55和ADS-12将皮托管探头、静压口、总温探头、迎角探头、侧滑角探头、传感器、电子设备和大气数据计算机集成为一个单元。由于五孔探头的特殊设计，在测量攻角和侧滑角气流角度时无需使用易损的活动部件。所有压力传感器都安装在靠近测量位置的地方，并且所有传感器数据都直接进行数字化处理。这提高了系统的准确性，消除了系统延迟，并增强了可靠性。此外，ADS-12安装和维护也大大简化。无需复杂的管道、布线和排水系统。整个系统易于更换。数字化数据通过ARINC 429数据总线提供给其他航空电子系统。由于ADS-12高度集成，该设备结构紧凑、重量轻且易于安装。系统无需在机身设置静态端口。实现高精度的复杂性大大简化（无需进行表面测量和蒙皮波纹度检查）。

主要特点：提供高精度的校准和气动修正后的空气数据 通过ARINC 429和RS-422数据接口发送数据 具有智能调节的除冰和排水功能 通过便携式计算机提供RS-485（USB）测试和维护访问。

与除传统的空速管、大气数据计算机、大气总温探头和攻角侧滑角传感器分散的大气数据系统比较，五孔空速管系统具有以下明显的的优势：

• 较低的探头温度确保了在搬运和乘客登机过程中无事故/烧 伤风险 ，不会损坏复合材料结构
• 集成的智能大气数据系统，可靠性比传统的提高3-5倍
• 源头消除误差‌：传统系统需要分散安装空速管、迎角传感器、温度探头，不同传感器位置差异会引入位置误差，时间上也难以完全同步；五孔系统在同一个探头内同步采集所有参数，从源头上消除了位置误差和时间不同步问题。
• 测量精度更高‌：可在±45°攻角、±20°侧滑角范围内，将空速测量误差控制在‌0.5%以内‌，高度误差低于5米，大迎角、大侧滑等复杂工况下的测量稳定性远优于传统方案。

瑞士史密泰克.伯格（Simtec Buergel AG, swiss-airdata）五孔探针测风皮托管-无人机测风空速管-五孔探头皮托管测风速

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