Датчик воздушной скорости: зачем он самолёту и почему врёт

Что измеряется на самом деле

Трубка Пито меряет разницу между полным давлением набегающего потока и статическим давлением. Из этой разницы вычисляется скоростной напор, а из него — скорость.

Подъёмная сила крыла определяется именно скоростным напором, а не путевой скоростью. Поэтому самолёт при встречном ветре может лететь над землёй медленно, оставаясь в безопасном режиме, и наоборот.

GNSS даёт путевую скорость — сумму воздушной скорости и ветра. При сильном попутном ветре аппарат с высокой путевой скоростью может быть в шаге от сваливания.

Почему датчик врёт

Засорение. Насекомое или капля воды в трубке меняют показания непредсказуемо, и чаще в сторону занижения — то есть в опасную.

Скос потока. Простая трубка терпит отклонение потока до 10–15°, дальше показания быстро падают. Поэтому её выносят вперёд от фюзеляжа и от винта, в невозмущённый поток.

Дрейф нуля датчика давления с температурой. Утренний ноль и дневной различаются, и без калибровки перед вылетом ошибка на малых скоростях становится значимой. Скоростной напор растёт как квадрат скорости: на 10 м/с это всего около 60 Па, на 20 м/с — около 245 Па. Дрейф нуля на 5 Па даёт на 10 м/с ошибку около 0,4 м/с, а на 5 м/с — уже около 0,8 м/с.

Установка

Трубку выносят вперёд от носа или на законцовку крыла — туда, где нет возмущений от винта, фюзеляжа и подвесов. Расстояние от препятствий берут не меньше одного-двух диаметров фюзеляжа.

Отверстия статического давления располагают в зоне, где давление близко к невозмущённому. Ошибка в их размещении смещает всю шкалу.

Трубки от датчика к приёмнику давления делают короткими и герметичными: даже малая утечка занижает показания, а длинная трубка вносит запаздывание.

Обогрев и обледенение

При отрицательных температурах и высокой влажности трубка обмерзает за минуты, и показания пропадают ровно в тот момент, когда они нужнее всего.

Обогреваемое исполнение решает проблему ценой заметного потребления — у CUAV SKYE 2 обогрев рассчитан на 35 Вт — и требует отдельной цепи питания.

Если обогрева нет, полётный контроллер должен уметь переходить на резервный источник оценки скорости и сообщать об этом оператору, а не молча продолжать по недостоверным данным.

Какой датчик выбрать

Датчики в каталоге построены на трёх микросхемах давления. MS4525DO — самая распространённая, с выходом I2C: у Matek ASPD-4525, CUAV и SIYI. DLVR точнее и стабильнее по нулю — у Holybro High Precision и Matek ASPD-DLVR. SM5391 стоит в CUAV SKYE 2 вместе с обогревом.

I2C годится, когда датчик рядом с контроллером. Если трубка на законцовке крыла и до контроллера метр провода, берут исполнение с DroneCAN: шина переносит длинную линию и помехи от силовой проводки лучше, чем I2C.