在直—9直升機(jī)上傳感器的應(yīng)用和發(fā)展探微

權(quán)新勝

摘 要：在近年來，直升機(jī)被廣泛的應(yīng)用到軍事、搜索、救援等各個(gè)領(lǐng)域，直-9直升機(jī)是我國引進(jìn)的法國“海豚”直升機(jī)升級后，經(jīng)過自主開發(fā)與研究而迅速投入生產(chǎn)的中型多用型直升機(jī)。在該直升機(jī)上通過應(yīng)用各類傳感器，來對飛行中的各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集、整理與分析，對駕駛員調(diào)整和控制系統(tǒng)有積極的引導(dǎo)作用。文章就是對直-9直升機(jī)上的傳感器的種類、應(yīng)用特點(diǎn)以及未來發(fā)展趨勢做出分析。

關(guān)鍵詞：直-9直升機(jī)；傳感器；應(yīng)用

直-9直升機(jī)的整體結(jié)構(gòu)較輕，能夠承載較大負(fù)荷，巡航速度優(yōu)于同類型的直升機(jī)，在飛行的時(shí)候噪音較小，操作較為靈活，維修起來比較簡單。因此，直-9直升機(jī)的應(yīng)用范圍越來越廣泛。

1 直-9直升機(jī)上傳感器的應(yīng)用

隨著航空事業(yè)的不斷發(fā)展，為了滿足更多需求，直升機(jī)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，這就要求直升機(jī)的性能精度更高，可靠性更強(qiáng)，穩(wěn)定性更好以及安全性不斷提高，要求對其各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。為了滿足直升機(jī)性能發(fā)展的需求，一般會應(yīng)用傳感器來對各項(xiàng)數(shù)據(jù)與參數(shù)進(jìn)行收集與測試[1]。就目前傳感器在直升機(jī)的使用情況來看，一般會對飛行過程中的壓力、溫度、位置、位移、角度、速度、轉(zhuǎn)速、高度、油量、載荷、振動頻率和振幅、金屬以及當(dāng)前環(huán)境的空氣流場等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集、測量與分析。應(yīng)用較為廣泛的是測量壓力和溫度參數(shù)的傳感器。

1.1 直升機(jī)傳感器的分類

直-9是一種比較典型的中型直升機(jī)，在其集體中應(yīng)用的傳感器種類較多，分布范圍較廣。安全傳感器不僅在動力裝置的發(fā)動機(jī)中的操作系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)中安裝，在防火裝置、液壓系統(tǒng)等其他系統(tǒng)中有廣泛的安裝。從傳感器在整個(gè)直升機(jī)的機(jī)體分布范圍來看，傳感器分布在直升機(jī)的機(jī)頭、機(jī)尾，并從其底部的燃油箱穿過到頂部的旋翼。如圖1所示，直升機(jī)的各個(gè)部分都安裝了傳感器，用以收集直升機(jī)飛行時(shí)的各類數(shù)據(jù)與信息，為駕駛員調(diào)整和控制機(jī)載裝置和系統(tǒng)提供依據(jù)。

1.2 直升機(jī)傳感器的使用特點(diǎn)

1.2.1 工作介質(zhì)較為復(fù)雜

就一般測量情況來看，直升機(jī)在進(jìn)行壓力測量的過程中，其測量的工作環(huán)境與工作介質(zhì)都較為復(fù)雜，呈現(xiàn)一種多樣化的面貌。直升機(jī)壓力工作測量的介質(zhì)包括液體和氣體兩部分，除了一般的工作介質(zhì)外還包括高溫介質(zhì)和強(qiáng)腐蝕介質(zhì)[2]。具體來說，包括：煤油及油蒸氣、滑油及油蒸氣、液壓油及油蒸氣、汽油及油蒸氣、常壓空氣及低壓空氣、高溫高壓空氣、高速氣流以及飛行中的各類振動源。在進(jìn)行測量的過程中，工作介質(zhì)的溫差變化較大，一般情況下可以控制在-55℃-450℃之間，但是動力裝置發(fā)動機(jī)的溫度最高可達(dá)2000℃，且測量中的工作介質(zhì)的壓力范圍一般在100Pa-30MPa之間，最高壓力值可達(dá)到100Ma。

1.2.2 工作環(huán)境復(fù)雜

在直升機(jī)飛行使用的過程中，傳感器要承受內(nèi)外部的壓力與壓強(qiáng)、溫差沖擊、電磁干擾等不同的工作環(huán)境的干擾，暴露在外部的部分還要承受來自外界自然環(huán)境改變帶來的濕熱、砂塵、淋雨、太陽輻射等不同的外界環(huán)境影響。一些裝載了火箭炮等武器裝置的直升機(jī)上，傳感器還要承受瞬間的炮擊振動；直升機(jī)在一些海洋性的高溫氣候條件下工作的時(shí)候，還要避免傳感器受到濕熱環(huán)境的影響，要不斷提高其耐腐蝕能力。傳感器遍布在直升機(jī)的各個(gè)部位和元件，所處的工作環(huán)境多樣而復(fù)雜，對傳感器的影響較為廣泛。

1.2.3 工作性能穩(wěn)定，使用時(shí)間較長

直升機(jī)是一種可以長期使用的安全性較高的飛行器。因此，要求其裝載的傳感器的一般使用時(shí)間可以達(dá)到10000小時(shí)以上，即使傳感器在使用的過程中出現(xiàn)故障，也要求傳感器的平均故障時(shí)間MTBF最少不得少于2000小時(shí)。隨著直升機(jī)的使用范圍越來越廣泛，人們對傳感器的工作性能要求也越來越高，要求傳感器能夠準(zhǔn)確、及時(shí)的反應(yīng)發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)、火控和武器系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)信息，并能不斷加強(qiáng)傳感器的穩(wěn)定性，要求傳感器的總和精度要高于0.1%FS。

2 直9-直升機(jī)上傳感器的未來發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)手段的不斷完善，以及未來作戰(zhàn)環(huán)境的日益復(fù)雜化和多樣化，直9-直升機(jī)上傳感器需要不斷進(jìn)行完善與改進(jìn)。

2.1 外觀更加微型化，精細(xì)化

直升機(jī)傳感器設(shè)計(jì)如果可以實(shí)現(xiàn)微型化、精細(xì)化的設(shè)計(jì)，就可以在很大程度上降低重量，減少功耗，且使得安裝更為簡單方便；而且由于其整體體積較小，對其他直升機(jī)器件造成的影響較小，還可以配套使用相關(guān)的微型的器件，可以有效地控制直升機(jī)的整體重量與能耗。這是未來直升機(jī)傳感器發(fā)展的必經(jīng)之路。

2.2 數(shù)據(jù)集中化

直升機(jī)傳感器所顯示的數(shù)據(jù)，在很大程度上會影響駕駛員對直升機(jī)的飛行狀態(tài)的判斷，從而影響對機(jī)體的裝載設(shè)置和其他系統(tǒng)的控制與調(diào)整。因此，在傳感器未來的發(fā)展中，就有必要加強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性與集中化?？梢栽趥鞲衅鞯墓杵习仓貌煌拿舾性骷蛊渚邆涓佣鄻拥墓δ?，同時(shí)還要保證其整體體積較小，這樣就很容易對元件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)與校正。

2.3數(shù)字智能化

直-9系列直升機(jī)是目前我國現(xiàn)存量最多的直升機(jī)，在近年來，我國的直-9直升機(jī)已經(jīng)被廣泛出口到國外。但是，隨著用戶對其使用功能需求的不斷增加，要求對現(xiàn)有的直升機(jī)的設(shè)計(jì)平臺，尤其是操作系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等，希望其能夠同當(dāng)今的數(shù)字信息化科技結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化[3]。而傳統(tǒng)的直-9直升機(jī)中的傳感器中壓力式傳感器已經(jīng)不能滿足用戶的需求，這也就要求在未來的發(fā)展中，傳感器要加強(qiáng)對其數(shù)字智能化的探索。

與傳統(tǒng)的傳感器相比，數(shù)字智能傳感器具有以下的優(yōu)勢：首先，數(shù)字智能傳感器使用先進(jìn)的信息技術(shù)軟件對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以有效地提高數(shù)據(jù)的精確性，并能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的定性誤差，適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償誤差；其次，數(shù)字智能傳感器在收集數(shù)據(jù)后可以實(shí)現(xiàn)自行診斷、自行校準(zhǔn)以及數(shù)據(jù)存儲的功能，可以滿足現(xiàn)代直升機(jī)的智能化結(jié)構(gòu)的需求；再次，因?yàn)閿?shù)字智能傳感器可以自行對數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷與處理，在直升機(jī)飛行的過程中就可以根據(jù)實(shí)際情況的變化，及時(shí)的改變數(shù)據(jù)輸出的形式，使駕駛員對各種機(jī)載裝置和系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整與控制，還可以通過遠(yuǎn)程的計(jì)算機(jī)程序?qū)ζ溥M(jìn)行監(jiān)控與調(diào)整；最后，數(shù)字智能傳感器的功能更加全面，不僅可以將多個(gè)傳感器信息進(jìn)行匯總，還可以根據(jù)對象條件的變化，智能改變其輸出形式。

直升機(jī)傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)字智能化，對壓力傳感器進(jìn)行開發(fā)，能夠使直升機(jī)的控制系統(tǒng)在記憶、處理數(shù)據(jù)時(shí)更加智能化與精確化。且在航空控制系統(tǒng)中應(yīng)用智能壓力傳感器不僅可以實(shí)現(xiàn)接收和發(fā)送信號的功能，還可以對傳感器已經(jīng)收集到的信息進(jìn)行分析，對存在的故障進(jìn)行診斷，并能及時(shí)將故障隔離，減少對飛行的影響。除此之外，直升機(jī)傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)字智能化，還可以分擔(dān)一部分飛行中 FADEC系統(tǒng)需要處理的低級任務(wù)，有效地緩解FADEC系統(tǒng)的工作壓力，騰出大量的空間，可以對一些相對復(fù)雜，并要求進(jìn)行精確計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而提高對直升機(jī)飛行動態(tài)的判斷與控制能力。

3 結(jié)束語

總而言之，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和直升機(jī)上機(jī)載傳感器技術(shù)的漸漸成熟，直-9直升機(jī)上的傳感器功能將更加完善。我國的相關(guān)科研技術(shù)工作者要加大對其研究，不僅可以研制出紅外、激光、圖像、雷達(dá)探測等機(jī)載光電等直升機(jī)傳感系統(tǒng)，還能研制出在壓力、位移等條件下的傳感器，能夠更加準(zhǔn)確的測量出直升機(jī)在飛行過程中的飛行狀態(tài)、動力裝置以及機(jī)體上的武器控制系統(tǒng)的參數(shù)，使駕駛員能夠及時(shí)獲得相關(guān)的信息，從而對直升機(jī)的飛行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

[1]風(fēng)從翼下掠過.直-9系列直升機(jī)，脫胎換骨式的改裝變革[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2011（4）：54-57.

[2]陸洋，顧仲權(quán)，凌愛民，等.直升機(jī)結(jié)構(gòu)響應(yīng)主動控制中傳感器優(yōu)選問題研究[J].振動與沖擊，2011，30（6）：58-61+73.

[3]陳濤，井云鵬.傳感器在直-9直升機(jī)上的應(yīng)用和發(fā)展[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（9）.