JAXA小型低乱風洞によるエアデータセンサの校正3

間があきましたが、前回の続きです。

今回は5孔ピトー管の校正についてです。

5孔ピトー管は中央孔の圧力を用いて対気速度を測定できるほか、上下・左右の差圧を用いることで、迎角・横滑り角を測定することができます。
実験では、ピトー管を風洞に対して傾けることで迎角・横滑り角を変え、その際の圧力センサ出力を取得しました。その時系列データを下図に示します。

5孔ピトー管の校正を行った際の各圧力計の出力電圧

風洞の流速を10, 15, 20 m/sに固定し、迎角・横滑り角の順に角度を変えてデータを取得しました。
ここから、迎角・横滑り角に対する各流速での圧力センサ出力を取り出すと以下の3つのグラフのようになりました。

10 m/sでの圧力センサ出力の迎角・横滑り角依存性

15 m/sでの圧力センサ出力の迎角・横滑り角依存性

20 m/sでの圧力センサ出力の迎角・横滑り角依存性

さらに、流速によらない校正定数を求めるために、上の3つのグラフで得られた結果を中央孔の圧力で規格化し、まとめたものが下図になります。

中央孔圧力で規格化した、差圧出力の迎角・横滑り角依存性。図中の直線は1次関数によるフィット、曲線は3次関数によるフィット。グラフの右下には得られた回帰直線の傾きに対応する校正係数を示している

上の図の傾きを用いることで、規格化した圧力センサ出力から迎角・横滑り角を求めることができます。
迎角・横滑り角が±10度の範囲では直線近似がおおむねよく成り立ちますが、それ以上の角度では回帰直線からのずれが見られます。
精度の高いデータを得るためには3次の回帰曲線を用いて圧力センサ出力から迎角・横滑り角を求める必要がありそうです。

最後に、迎角と横滑り角の間のクロストーク、すなわち迎角（横滑り角）を変えた場合の左右（上下）の差圧出力を示します。

迎角・横滑り角測定のクロストーク

迎角を変えた場合に現れる横滑り角測定値の変化はおおむね0.5度以内に収まっていますが、横滑り角を変えた場合に現れる迎え角測定値の変化は、横滑り角におおむね比例し、最大2.5度ほどになっています。
これは、ピトー管を回転テーブルに取り付けた際の角度アライメントが悪いことに対応する結果であると考えられます。
同等の問題は機体にピトー管を取り付ける際にも発生するので、後に補正が可能なように、機体軸とピトー管軸のずれを、写真を取るなどして記録、測定する必要があります。

以上の校正作業で、圧力測定値から迎角・横滑り角を得ることができるようになりました。
春先から試験飛行が再開するので、実機に搭載しさらなる評価を進めていく予定です。