GPS法空速校准试飞技术的分析与应用

吴双

航空工业哈飞 黑龙江   哈尔滨市   150000

摘要：本文是CCAR23部限定的正常类、实用类、特技类和通勤类飞机的GPS法空速校准的试飞方法、原理和要求进行讨论。着重研究了GPS“三角形法”空速校准中求解校正空速和位置误差的整个数据处理流程，最后还简要介绍了在实际运用过程的中注意事项和“四叶苜蓿形法”。

关键词：空速校准、“三角形法”、位置误差。

1引言

空速校准试飞是飞行试验的基础，国内外已先后发展过的空速校准试飞方法有速度历程法、拖曳锥或拖曳弹法、标准机法、照相法、塔测法等。随着科技的发展，现今的GPS精度高，实施简单，同时GPS法进行空速校准同时也是《飞行试验指南》（AC23–8B）推荐的空速校准试飞方法之一，以此对GPS法进行空速校准进行了分析与论证。

2试验原理

2.1空速校准的概念

飞机在飞行中，由空速系统测定前方来流的总压和外界大气的静压，然后由此解算得到空速，理想的空速系统要求在飞机的整个飞行高度速度范围内指示的空速及气压高度等于真值，而对于实际飞行而言，空速系统的指示均不可避免地存在一定的误差，其中主要是位置误差，空速校准就是通过试飞找出该误差。

2.2GPS法空速校准原理概述

在开展空速校准试飞时，假设总压的测量误差为0，所以位置误差认为是全部由静压测量误差引起的，即总位置误差就是静压误差。可以得出

（2-1）

公式中：为总位置误差，为静压误差，为校正空速系统动压，是指示空速系统动压。

试验机安装GPS或DGPS（差分GPS）系统，通过该系统可以得出试验机的实时空间位置和实时地速（矢量），当按照特定的飞行方式进行试飞时，通过解算可以得出试验机的真实空速和风速。然后根据真实空速、气压高度和大气静温等参数便可以解算出试验机的校正空速。详细的数据处理方法见第3章。

3试验的具体执行

3.1加装测试设备

在实际开展的空速校准试飞时，为了满足任务需要，首先需要对试验机进行必要的加改装，以获取并采集试验所需数据。应确保加装的采集、记录设备有足够的精度。

3.试飞方法

根据《飞行试验指南》（AC23–8B）中“附录9”推荐方法，选择“三角形法”进行试飞，即在给定的飞机构型下，飞机保持航向、以给定的高度、空速进行平飞，稳定一段时间（在实际的空速校准试飞中，保持稳定平飞的时间不少于30s为宜），此为“第一边”；然后操纵飞机航向偏转120°进入“第二边”，保持该航向重复“第一边”内容；以“第二边”相同的方式偏转飞机进入“第三边”，重复“第一边”内容。整个过程按一个连续顺序进行。在空速校准试飞中需要采集和记录的主要参数有两类：飞机的指示参数、GPS参数和飞机构型参数，包括重量、磁航向、指示空速、气压高度、大气静温、GPS时间、GPS三向速度、襟翼位置和起落架状态。

4.试飞技术要求

利用GPS“三角形法”进行空速校准试飞时，不稳定的风会对地速的结果产生不好的影响，从而最终影响校正空速的结果。因此要求试飞在稳定的大气环境下进行，即要求试验高度上风向、风速稳定，不会引起飞机的颠簸。GPS“三角形法”空速校准主要要求试验高度上的风速和风向稳定，对风速的大小反而没有太过严格的要求（如地速基线法要求风速小于3m/s），但风速最好不要过大，因为过大的风速可能会造成静压误差不正常的偏大。另外，在GPS“三角形法”空速校准试飞中，要求试飞员控制飞机在“每个边”上的飞行的稳定性。

3.4数据处理方法

这里将简要介绍利用GPS“三角形法”空速校准试飞中的数据处理方法。

a）利用GPS数据求解真空速

公式中：为真实空速，是地速，为风速，上式是三个参数的矢量表达方式，分解为北向和东向分量后

（3-2）

（3-3）

其中地速的北向和东向的分量可以通过GPS系统直接获得，真空速的关系可以写为真空速的平方等于它的分量的平方和

（3-4）

将公式3-2和3-3带入公式3-4，并利用GPS法空速校准要求“三边”之间指示空速、高度一致，那么三边的真空速为一个固定值，同时要求进行空速校准试飞时试验空域内风速、风向不变，即也是固定值，结合GPS三边试飞的输出数据可以得出（3-5）

公式中、为GPS输出量，将GPS系统测得的地速分量分别代入，很容易求解得出风速分量x、y（即）的值。将风速分量x、y的值代入后，便可以得到此刻飞机的真空速的值。

b）结合机载测试数据确定校正空速和位置误差

由于求解校正空速涉及的公式较多，所以在这里用倒推的方式进行讨论，运12F飞机的最大平飞速度约为207kts，显然要远远小于标准大气条件海平面的音速（661.48kts），因此计算校正空速的公式采用的是

（3-6）

公式中为标准大气条件海平面的音速，为校正空速的动压，是标准大气条件海平面大气压强。可以看出，要想求得校正空速的值，需要确定飞机此刻的动压，在空气动力学中，M