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ARITHMETIC PROCESSING METHOD IN WIDE-SPEED RANGE FLIGHT VELOCITY VECTOR MEASUREMENT SYSTEM USING QUADRANGULAR PYRAMID TYPE FIVE-HOLE PITOT TUBE, AND METHOD THEREFOR

Patent code P04A006907
File No. KN000480
Posted date Mar 18, 2005
Application number P2000-049666
Publication number P2001-242190A
Patent number P3486672
Date of filing Feb 25, 2000
Date of publication of application Sep 7, 2001
Date of registration Oct 31, 2003
Inventor
  • (In Japanese)重見 仁
  • (In Japanese)中谷 輝臣
  • (In Japanese)進藤 重美
  • (In Japanese)滝沢 実
  • (In Japanese)大貫 武
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
Title ARITHMETIC PROCESSING METHOD IN WIDE-SPEED RANGE FLIGHT VELOCITY VECTOR MEASUREMENT SYSTEM USING QUADRANGULAR PYRAMID TYPE FIVE-HOLE PITOT TUBE, AND METHOD THEREFOR
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an arithmetic processing algorithm for accurately performing arithmetic processing of flight velocity vector for indicating the level of velocity and an air flow angle and a static pressure for indicating altitude with a high update rate, in a wide-speed region from low speed to ultra-high speed in a flight velocity vector measurement system, using Pitot tube of a quadrangular pyramid type five-hole probe.
SOLUTION: In the arithmetic processing algorithm, an approximation expression for obtaining an elevation angle α and a side slip angle β is expressed by a third-order polynomial for an elevation angle pressure coefficient Cα having a known number and a sideslip angle pressure coefficient Cβ, and each coefficient is expressed by a polynomial expression up to fifth order, regarding Mach number that can be calculated from a look-up table, the coefficient of the polynomial expression and the elevation angle α and the sideslip angle β can be calculated through simple arithmetic processing, by instantly inputting a known number into the approximation expression for making specific, and the Mach number can be calculated instantly from the lookup table by making specific a Mach pressure coefficient CM and an air flow angle pressure coefficient Cγ, and at the same time a wide-speed-region flight velocity vector measurement can be executed with a high update rate.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


本出願人は、先に図6に示したような四角錐台型5孔プローブのピトー管を用いた飛行速度ベクトル計測システムを開発し、特許権(日本国特許第2913005号;米国特許第5423209号)を得ている。図中Aは正面図であり、Bは一部断面側面図である。正面図Aに示したように中央部に総圧孔があり、ピラミッド形の4斜面にそれぞれ圧力孔群が設けられている。この特許発明は「先端部が多角錐台型をなしてその頂点に遮蔽孔を設け、該遮蔽孔の先端から遮蔽孔の径との関係で定まる一定長だけ入った位置に、孔径より小径の全圧管を配設固定すると共に、前記多角錐台型の各角錐面上にそれぞれ圧力孔を配置してなる多角錐台型ピトー管型ブローブが検出する各圧力情報を速度ベクトル演算処理器に入力して電気信号に変換し、該速度ベクトル演算処理器に予め記憶させておいた速度ベクトルに対する前記ブローブ各孔の圧力係数を用いて信号処理することによって、該圧力情報と空気密度からブローブ軸に対する飛行速度ベクトル(V、α、β)を算出すると共に、前記速度ベクトル演算処理器に姿勢方位基準装置の出力を入力させ、前記機体軸に対する飛行速度ベクトル情報に、姿勢方位基準装置からの情報を系合させることによって、対気飛行速度ベクトルを算出することを特徹とする多角錐台型ピトー管型ブローブを用いた飛行速度ベクトル検出システム。」である。このような構成を採ることによって、一つの多角錐台型ピトー管型ブローブ及び演算処理器で、従来の速度計、高度計、昇降計、マッハ計、ヨーメーターの機能を果たすことができ、検出装置を減らすことができると共に、これらの情報を系合させて出力表示でき、パイロットに信頼性の高い対気情報を提供することができる。また、速度変化における圧力係数の影響が小さく、複雑な補正を行う必要がなく、広角度範囲で精度良く速度ベクトル情報を得ることができ、高度のコンピュータを必要とすることなくヘリコプター等の垂直離陸機を含む一般の航空機から宇宙往還機を含む極超音速機まで、広範囲の飛行機に容易に搭載することができる。さらに、風向を検出する圧力孔の速度変化における圧力係数の影響が小さく、複雑な補正を行う必要がなく、広角度範囲で精度良く速度ベクトル情報を検出でき、且つ目詰まりや振動等による測定不良が発生するおそれもない、といった種々の優れた効果を奏する画期的な発明である。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、四角錐台型5孔プローブのピトー管を用いた飛行速度ベクトル計測システムに適用する低速から超音速までの広速度域において、飛行速度ベクトル(速度の大きさと気流角)と静圧(高度)を高精度で高更新率で演算処理することができる演算処理アルゴリズムとそれを用いたシステムに関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
四角錐台型5孔ピトー管プローブを用いた広速度域飛行速度ベクトル計測システムにおいて実行される演算処理方法であって、前記5孔プローブが検出する5つの圧力情報から上下圧力孔の差圧情報を総圧で無次元化して得られる気流の迎角圧力係数Cαと左右圧力孔の差圧情報を総圧で無次元化して得られる気流の横滑り角圧力係数Cβおよび該CαとCβのそれぞれ二乗の和を平方根とした対気流角圧力係数Cγと、該総圧と四角錐面上の4孔平均圧の差圧情報を総圧で無次元化してマッハ圧力係数CMとを得る演算処理ステップと、該演算処理器に広速度域における対気流角圧力係数Cγとマッハ圧力係数CMとの平面座標上に対応するマッハ数Mをあらかじめ求めて記憶しておいたマッハ数算出用ルックアップテーブルに、上記の算出Cγ値と算出CM値を当てはめてその時点のマッハ数Mを割出すステップとを含み、前記マッハ数算出用ルックアップテーブルは対気流角圧力係数Cγとマッハ圧力係数CMとの平面座標上において所定の気流角γ値と所定のマッハ圧力係数CM値との交点毎にマッハ数Mデータを記憶するようにしたことを特徴とする飛行速度ベクトル計測値の演算処理方法。

【請求項2】
 
マッハ数Mの割出しに際し、算出Cγ値と算出CM値がマッハ数算出用ルックアップテーブル上の所定値交点でない場合には、該当算出値の座標が存在する菱形格子領域の4隅のマッハ数値から双1次補間を実行してマッハ数Mを算出する請求項1に記載の飛行速度ベクトル計測値の演算処理方法。

【請求項3】
 
四角錐台型5孔ピトー管プローブを用いた広速度域飛行速度ベクトル計測システムにおいて実行される演算処理方法であって、前記5孔プローブが検出する5つの圧力情報から上下圧力孔の差圧情報を総圧で無次元化して得られる気流の迎角圧力係数Cαと左右圧力孔の差圧情報を総圧で無次元化して得られる気流の横滑り角圧力係数Cβおよび該CαとCβのそれぞれ二乗の和を平方根とした対気流角圧力係数Cγと、該総圧と四角錐面上の4孔平均圧の差圧情報を総圧で無次元化してマッハ圧力係数CMとを得る演算処理ステップと、該演算処理器に広速度域における対気流角圧力係数Cγとマッハ圧力係数CMとの平面座標上に対応するマッハ数Mをあらかじめ求めて記憶しておいたマッハ数算出用ルックアップテーブルに、上記の算出Cγ値と算出CM値を当てはめてその時点のマッハ数Mを割出すステップと、迎角αを求める迎角圧力係数Cαについての高次近似式と横滑り角βを求める横滑り角圧力係数Cβについての高次近似式に、上記の算出Cα値と算出Cβ値と上記演算処理器に予め求め記憶している圧力校正係数とを当てはめて迎角αと横滑り角βを求める演算ステップとを含む飛行速度ベクトル計測値の演算処理方法。

【請求項4】
 
迎角αを求める迎角圧力係数Cαについての高次近似式と横滑り角βを求める横滑り角圧力係数Cβについての高次近似式は
α=A0+A1Cα+A22+A33
但し A0=A00+A01M+A02M2+A03M3+A04M4+A05M5
A1=A10+A11M+A12M2+A13M3+A14M4+A15M5
A2=A20+A21M+A22M2+A23M3+A24M4+A25M5
A3=A30+A31M+A32M2+A33M3+A34M4+A35M5
β=B0+B1Cβ+B22+B33
但し B0=B00+B01M+B02M2+B03M3+B04M4+B05M5
B1=B10+B11M+B12M2+B13M3+B14M4+B15M5
B2=B20+B21M+B22M2+B23M3+B24M4+B25M5
B3=B30+B31M+B32M2+B33M3+B34M4+B35M5
とし、圧力校正係数“Aij”と“Bij”は、予め風洞試験において設定した迎角α、横滑り角β、同じく設定したマッハ数Mと、算出したCα,Cβとを前記高次近似式の値に取り込むことで、未知数として計算して求めたことを特徴とする請求項3に記載の飛行速度ベクトル計測値の演算処理方法。

【請求項5】
 
四角錐台型5孔ピトー管プローブを用いた広速度域飛行速度ベクトル計測システムの演算処理装置であって、前記5孔プローブが検出する5つの圧力情報を受け、上下圧力孔の差圧情報を総圧で無次元化して得られる気流の迎角圧力係数Cαと左右圧力孔の差圧情報を総圧で無次元化して得られる気流の横滑り角圧力係数Cβおよび該CαとCβのそれぞれ二乗の和を平方根とした対気流角圧力係数Cγと、該総圧と四角錐面上の4孔平均圧の差圧情報を総圧で無次元化してマッハ圧力係数CMとを得る第1演算処理部と、記憶手段に広速度域における対気流角圧力係数Cγとマッハ圧力係数CMとの平面座標上に対応するマッハ数Mをあらかじめ求めて記憶しておいたマッハ数算出用ルックアップテーブルに、上記の算出Cγ値と算出CM値を当てはめてその時点のマッハ数Mを割出す手段と、迎角αを求める迎角圧力係数Cαについての高次近似式と横滑り角βを求める横滑り角圧力係数Cβについての高次近似式に、上記の算出Cα値と算出Cβ値と上記記憶手段に予め求め蓄積している圧力校正係数とを当てはめて迎角αと横滑り角βを求める演算手段とを含む第2演算処理部と、第1演算処理部から総圧PH値と第2演算処理部からマッハ数M値をえて静圧pと動圧qを算出する第3演算処理部とからなり、算出したデータを表示装置と飛行制御装置に送る広速度域飛行速度ベクトル計測システムにおける演算処理方式。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2000049666thum.jpg
State of application right Registered
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