旋翼飞机磁探头安装的可行性分析

旋翼飞机磁探头安装的可行性分析

0俄对前支杆系统的影响随着中国航空航运业的蓬勃发展，不同的地区和地形对飞机的机舱有不同的要求。固定翼飞机用来做航空物探飞行,安装技术已经比较成熟。无论是大翼尖安装方式还是尾锥的安装方式,磁探头距离飞机机身及发动机都比较远,所以对磁探头的影响都比较小,而且对飞机的姿态测定也比较容易,补偿难度不是很大。对于旋翼飞机来讲,以往航空物探作业中较常采用的是吊挂探头的安装方式,而这种安装方式在地形切割较严重,高差较大的高山区又有很大的安全隐患,所以在这种地区较常采用前支杆方式。在国内,AS350B3飞机前支杆安装探头的方式,探杆的长度没有数据可参考,仪器的安装位置无资料可查,只能借鉴国外的一些安装图片。在这种情况下,本着严谨的科学态度,同时也为了更好地指导生产,探索AS350B3飞机合适的安装方式,我院航空物探人员进行了一系列的实验,获得了大量的科学研究数据,在实践中取得了良好的效果。1干干扰的分析1.1气动干扰场的产生AS350B3直升机旋翼是由特殊的复合材料制作的,本身不具有磁性,在每条旋翼的侧边,都有一条用于加固的金属条,本身亦无磁性,但在旋翼转动时,由于切割地球磁力线而产生感应场,此干扰场的产生势必影响磁探头对地磁场的测量。为此,磁探头的安装位置必须远离旋翼感应场的影响范围。1.2飞机各主要构件的位置飞机本身是个金属体,在地磁场的影响下势必产生恒场和涡流场。因飞机一经改装后各个部件位置相对固定,不允许在飞机上再增加金属体,这样恒场才能固定。飞机产生的涡流场相对较小,磁探头远离飞机一定距离后影响相对亦较小。二者施加在磁探头影响的具体数值,需在试验中进行精确测量获得。1.3磁噪声的增加磁探头安装在前支杆上,由于发动机的震动、飞机动作和风速变化的影响,支杆势必发生抖动,而探杆的抖动是磁噪声增加的主要原因。所以在实际工作中要采取必要的加固措施,尽量减少探杆的抖动。2磁干扰测点位置的测量选定一个磁场平静,周边障碍物少的地方作为实验场地。本次选定的AS350B3直升飞机隶属首航直升机公司,实验仪器为加拿大PICO公司生产的2MNSD-N型智能多传感器磁力仪,仪器采样率为10次/s,分辨率为0.0002nT。为了去掉测试中日变的影响,在磁场平静区设立日变站,以消除日变影响,保证测试数据的准确性。日变站使用的仪器型号为PGIS-HSMAG单光系铯光泵磁力仪,该仪器带有GPS同步系统,采样率为10次/s。测试工作分几步进行:1)选定一块磁场平静区,沿一条直线布设测点并标号(本次布设的直线选定北东30°方向,1点为起点,如:1、2、3…依次类推,共设10个测试点位),每个点之间的距离是1m,同时逐点测定点位所在位置的磁场值,作为背景值。地面背景场值如图1所示。需要说明的是以上背景场地的选择由于受交通和航空器进出的限制,选择绝对平静的场地非常困难,经多次测量选择,最终选定本实验场地,虽背景场不是非常平静,但每点5min变化率小于0.08nT,较恒定,作为背景值对实验数据影响不大。2)将飞机推到事先布设好的测线上(飞机探杆处于布设测线的正上方,驾驶员座椅中心位于1号点正上方),在飞机静止状态下,测定磁探头在不同测点位置时的磁场值,目的是测定有飞机存在时磁场值的变化,即飞机本身对磁探头的影响值。点位布设及飞机位置如图2所示。测定不同点位磁场值时,探头高度不变,探头高度要求与探杆离地高度相同,本次探头中心点离地高度设定为46cm(图3)。所有工作做完后,得出了磁探头在不同位置时的测量曲线(图4)。图4是有飞机但飞机没有工作的时候,飞机对各个点的磁场值影响曲线,每个点连续测量1min,最终各点的测定值为1min内测定数据减去日变影响后的平均值。在以上测定工作结束后,我们得出了飞机不发动时对各个测点的影响变化关系。在以上工作结束后,将飞机发动,保持匀转速,做了7个不同动作的测试,分别是(1)螺旋桨平转;(2)螺旋桨变矩3°;(3)螺旋桨变矩5°;(4)螺旋桨保持变矩5°不变,向前变角5°;(5)螺旋桨保持变矩5°不变,向后变角5°;(6)螺旋桨保持变矩5°不变,向左变角5°;(7)螺旋桨保持变矩5°不变,向右变角5°。做完这些动作,做日变改正处理后,画出以下七条曲线(图5~图11的横坐标是地面上事先设定好的10个点位,纵坐标是经过日变改正后,各测点的实测磁数据减去地面背景场值后的差值)。以上数据是每个测点连续测量2min,取2min观测数据的平均值作为测定值。从图5~图11可以看出,飞机依次做以上动作时,不同动作对探头的影响差别不大,飞机对探头的影响随探头与飞机距离的增加而逐渐减小,在4点处以后变化幅度明显变缓,探头放在7点以后,飞机对探头的磁干扰影响每远离1m磁场变化差别不是很大,并且在7点以后,影响值减小到2nT以内,8点以后则减小到1nT以内。接下来再探讨一下噪声的影响因素。在野外工作实践中,噪声水平高低是衡量数据质量的一个重要标准,要想知道探头在这个位置受飞机影响的噪声大小,就要对数据进行具体分析,测定飞机对磁探头的干扰值,为此我们截取了各个阶段的数据进行了分析,将每个测点上飞机做7个连续动作时所得的数据画出磁数据曲线(图12~图15),只列出1号、2号、7号、8号四个点的曲线,其他点曲线具有相似性。从图12~图15可以看出,直升机发动机及螺旋桨对磁数据的影响主要为两个部分;1)发动转动造成的低频干扰方波,周期为78秒,方波幅值随探头远离发动机而减小,由1号点测到的300nT到8号点,幅值衰减为0.8nT。2)由螺旋桨转动造成的干扰波可视为高频干扰,附加在低频干扰波上波动,周期为1s,这个波动的幅值也是随探头远离飞机而减小的。由1号点测定的15nT到8号点时衰减为0.18nT。将10个点上连续测量的磁测数据做动态四阶差分运算并统计如图16所示。由图16可以看出,探头噪声在4点以后明显变小,7点后比较稳定,这说明探头放在7点以后都是可取的,而在8点以后位置尤为可靠,噪声水平比较稳定,平均值在0.06nT左右。为了解决探杆的抖动问题,我院结合国外探杆的制作经验,采用多种复合材料定做了探杆,增强了探杆的硬度,同时又安装了支架,对探杆进行了必要的加固和防抖处理,这在一定程度上减小了探杆的抖动,有效地提升了数据采集的质量。以上加固措施是实践中逐步摸索出来的,经过了几次的改进,反复运用了多种材料进行测试,最后又在细节处做了处理,才最终得以完成。3同向、反向实测在所有工作做完后,进行了效果测试,选取2条测线和1条切割线,分别进行了不同方向和同一条线的同向、反向实测(表1、图18~图19)。从图18~图19、表1可以看出,补偿后,曲线平滑,抖动小,同向和反向重复线重复性很好,动态噪声水平亦完全满足一级资料的要求。4探测器的位置和长度通过以上试验的数据结果看,磁探头测得的数据在4点位置以后,飞机旋翼和机体本身对磁探头的影响逐渐变小,这是因为旋翼翼尖的位置在4点的正上方,在4点以后,磁探头逐渐脱离了旋翼和飞机的影响,干扰值随着距离的增加而迅速衰减(距离的立方关系衰减),干扰幅值逐渐变缓,在7点以后干扰值减小到2nT以内,在8点后干扰值则减小到了1nT以内。从实际飞行取得的实际测量数据看,数据质量可靠,资料达到和超过了一级资料水平。这说明探头只要放在7点以后是可靠的,越远离发动机越好。也