一种新型微型空速计的研制

　　1　引言

　　随着现代科技的发展,特别是微型机电系统(MEMS)技术的研究取得一定的进展后,微型飞行器的研制,包括微型飞行器的机械设备与工作载荷微型化成为可能。微型飞行器将充分利用MEMS技术,可装置通讯、导航、微型摄像机组等工作载荷。微型飞行器的突出特点是:尺寸小,重量轻,隐身性能好,因此在军事和民用方面都有很大的应用前景。微型飞行器与普通的微型航模之间的区别就在于:微型飞行器可以在操纵者的视野之外自主飞行,完成特定的任务。MMCU(Micro Measurements and Control Unit),也就是微型测控组合。在MMCU中,广泛使用目前最先进的技术,包括MEMS、数字通讯、数字图像处理传输等。同时,MMCU的另一个特点就是系统的整合性和一致性,应用了系统集成、数据融合等方面的先进技术。MMCU的设计具有很强的整体性,其中每个部分都是针对整个系统的需求进行设计,追求达到系统的功能最优。

　　MMCU中的传感器主要有:GPS、高度计、磁场计、加速度计、陀螺仪、空速计、摄像系统等。在可靠性、重量、体积、精度等方面,对这些传感器提出了很高的要求。大多数器件在国内市场上都没有销售。在这样的情况下,必须自行研制某些微型传感器。

　　固定翼飞机靠速度获得升力,飞行器上某一点相对这点附近空气的速度称为这个点的空速,当机翼上的空速发生改变时,升力也随之改变。当空速低于某个临界值时,升力会迅速恶化,同时阻力增加。如果不能及时摆脱失速的状况,飞行器就会坠毁,因此失速是航空活动中最危险的事故之一。由于微小型飞行器的体积质量严格受到控制,携带的燃料(或电池)十分有限。要使飞行器的航程加长,除了使用高效率高能量密度的燃料或电池,对空速进行控制也是一种行之有效的方法。为防止失速,同时使微型飞行器以最佳速度完成任务,必须研制微型空速计。

　　2　设计要求及选型

　　根据对微型飞行器特点的分析,提出了对空速计的设计要求:

　　(1)体积小重量轻　微型飞行器体积很小,携带载荷的能力十分有限,因此要求机载设备既小又轻。对空速计来说,包括电路的总重量小于10g,体积小于60mm×20mm×20mm.

　　(2)功耗　要保证飞行,可能供给传感器的能量很少。空速计的设计功耗应当小于1mW.

　　(3)精度　由于微型飞行器的速度范围有限,使用空速计的主要目的是保证飞行器的安全飞行,设计精度为1m/s.对风速进行测量常用的方法有下面几种:

　　(1)热线(热片)式　敏感元件是热敏电阻丝(片),电流在电阻丝(片)流过,电阻发热。当气体从电阻周围流过时,会带走一定的热量。在一定的电流下,电阻丝(片)的温度和气体的流速成一定的函数关系,通过对电阻两端的电压进行测量就可以得到当前的风速。