Technisch gesehen reichen Trägheitsmessungen nicht aus, um die Fluggeschwindigkeit abzuleiten. Sie benötigen eine Druckmessung (oder Fluggeschwindigkeitsmessung, siehe LIDAR). Pitot-Sonden sind die gebräuchlichsten und gebräuchlichsten Geräte zur Druckmessung.

Es wurden jedoch mehrere Untersuchungen durchgeführt, um Pitotrohre durch andere Technologien zu ersetzen. Diese Technologien basieren hauptsächlich auf der Messung des Oberflächendrucks auf einen Teil des Rumpfs. Natürlich müssen die Messungen (nicht ein einzelner Wert, sondern mehrere Werte von verschiedenen Orten) durch Flugtests kalibriert werden.

Angesichts der aktuellen Popularität des maschinellen Lernens werden die Kalibrierungsalgorithmen meiner Meinung nach nicht das Hauptproblem sein.

Eine andere Technologie, die untersucht wird

1. Es gibt auch laufende Forschungen und Versuche zur Verwendung von LIDAR zur direkten Messung der Fluggeschwindigkeit. Was keine Druckmessung benötigt.

2. Ultraschallgeräte sind auch in der Lage, die Fluggeschwindigkeit direkt zu messen, ihre tatsächliche Flugnutzung ist jedoch unbekannt (dem Autor).

Fluggeschwindigkeit - nicht unter allen Umständen zuverlässig. Sie müssen diesen Wind irgendwo spüren, um ein direktes und genaues Maß für seine Geschwindigkeit zu erhalten, und das Staurohr ist ein genaues und bewährtes Instrument zur Messung des Gesamtdrucks.

Andere mögliche Methoden:

1. Laserbasiert (LIDAR). Einen 20 Jahre alten NASA-Bericht finden Sie hier . Am Ende wird erwähnt, dass die Methode nicht immer genau war:

   Eine inhärente Fehlerquelle des Systems ist Rauschen, das durch Umgebungs- oder Hintergrundbeleuchtung erzeugt wird. Die intensivste Quelle bei Tageslicht ist natürlich die Sonne. Folglich ist das kleinste detektierbare Streulichtsignal stark vom Winkel zwischen der optischen Achse und der direkten Linie zur Sonne abhängig. Gelegentlich waren Geschwindigkeitsmessungen mit dem Blattpaarsystem unmöglich, wenn dieser Winkel weniger als etwa 30° betrug

2. Druckmessung an der Außenhaut des Flugzeugs. Das Problem ist, dass sich der Staupunkt bewegt, wenn sich der Anstellwinkel des Flugzeugs ändert, die vordere Öffnung des Staurohrs trifft immer auf den Staupunkt. Aber ja, Sie könnten tatsächlich eine ganze Menge statischer Druckanschlüsse an das Flugzeug kleben und sie mit einem geeigneten gezogenen fliegenden Pitot kalibrieren.

Für Geschwindigkeit über Grund und Navigation ist es eine andere Sache, GPS macht das Nullen der Integrationsfehler für die Geschwindigkeit über Grund sehr einfach.

Es ist möglich, Geräte zu denken, die möglicherweise Pitot-Rohre ersetzen könnten, während es nicht sehr offensichtlich ist, wie gut sie unter Bedingungen des realen Fluges funktionieren würden, zum Beispiel:

• Vergleichen Sie die Temperatur des erhitzten Drahts, der durch den Luftstrom gekühlt wird, mit der Temperatur des ähnlichen Drahts, der sich in derselben Luft befindet, aber vom Strom abgeschirmt ist.
• Messen Sie die Zeit, die Schall (oder Ultraschall) benötigt, um sich zwischen zwei Punkten innerhalb des Luftstroms zu bewegen. Die Reisegeschwindigkeit sollte der Schallgeschwindigkeit in der Luft plus der Geschwindigkeit entsprechen, mit der sich die Luft selbst bewegt und die sich ausbreitende Schallwelle trägt.
• Wenn sich einige Partikel (Schnee, Hagel usw.) in der Luft befinden, kann es möglich sein, die Geschwindigkeit dieser Partikel im Luftstrom zu messen.

Die ersten beiden Arten von Geräten scheinen zu existieren, aber ich habe keine Informationen darüber gefunden, wie sie als Staurohrersatz verwendet werden können.

Antwort auf die OP-Frage: Ja, mit Doppler-Lidar kann die Fluggeschwindigkeit viel genauer gemessen werden als mit einem Pitot- / Statiksystem.

Diskussion unten:

Ich habe Partikelstreuung und Lidar im Geigermodus für Geschwindigkeits- und Durchflussmessungen verwendet, insbesondere (kein Wortspiel beabsichtigt), wenn eine zeitliche/räumliche Karte der Strömung gewünscht wird. In atmosphärischer Luft gibt es immer einige Partikel!

Hier ist ein Beispiel der jüngsten Arbeit bei der Entwicklung eines Lidar-basierten Sensors für Flugzeuggeschwindigkeitsmessungen: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01111306/document Dieses Gerät bietet TAS, Schlupfwinkel und AOA.

Hier ist ein Gerät, das die Doppler-Velocimetrie verwendet. Während der Artikel vorschlägt, dass die verwendete Technik kein Lidar ist, gibt es mehrere Lidar-Techniken, die analoge Funktionen ausführen. http://optics.org/news/5/12/35

Hier ist ein BAE-Konzept, das auf Flugshows vorgeführt wurde und Doppler-Lidar-Verarbeitung unter Verwendung eines UV-Lasers verwendet. http://www.baesystems.com/en/article/bae-systems-develops-laser-airspeed-sensor-for-aircraft

Hier ist ein Patent für Doppler-Sensoren für Luftdaten, das 6 Jahre alt ist. https://www.google.com/patents/US8434358

Zitat aus dieser Pressemitteilung:

Die Airbus Group hat erfolgreiche Flugtests mit einem faseroptischen, augensicheren, laserbasierten Sensorsystem abgeschlossen, das genaue Fluggeschwindigkeitsinformationen in den drei Achsen bei niedriger und sogar negativer Fluggeschwindigkeit liefert. Dieser Leistungsbereich ist mit Pitotrohren, dem langjährigen Industriestandard für Fluggeschwindigkeitssensoren, nicht möglich.
^{http://www.marketwired.com/press-release/airbus-group-completes-successful-flight-tests-of-laser-based-airspeed-sensor-system-1978428.htm}

Ein Staurohr / statischer Anschluss ist ein ziemlich einfaches und kostengünstiges Gerät.

Von IMUs und GPS vorgeschlagene Lösungen sind fehl am Platz und haben ein phänomenales Fehlerbudget und messen den Luftstrom nicht genau.

Die NASA hat vor ein paar Jahren (2015?) ein Rayleigh-Streu-Lidar-Gerät beworben, also gibt es neue Entwicklungen.

Vor ein paar Jahrzehnten förderte die Marine ein Ultraschall-Doppler-Gerät.

Während es viele Möglichkeiten gibt, die Funktionalität eines Pitot-/statischen Fluggeschwindigkeitssensors zu ersetzen, sind alle teurer als ein Pitot-System. Die wahrscheinlichste Technologie, die mit angemessenen Sensorkosten entstehen wird, wird jedoch eine Doppler-Lidar-Variante sein.

Wenn ich richtig verstehe, würden alle in den bisherigen Antworten genannten Lösungen die wahre Fluggeschwindigkeit und nicht die angezeigte Fluggeschwindigkeit liefern. Die wahre Fluggeschwindigkeit ist nützlich für die Navigation, aber nicht für den Flug, um kritische Geschwindigkeiten zu bestimmen.

Ein Pitot-Static-System misst die angezeigte Fluggeschwindigkeit, die der beste Indikator dafür ist, wann ein Strömungsabriss auftritt (am langsamen Ende) und wann das Heck abreißt (am schnellen Ende).

Ein Windanemometer könnte einen Hinweis auf die relative Luftströmung geben:

Oder eine Metallplatte mit einer Feder

Die Vorderseite der Platte erhält einen dynamischen Druck, während die Rückseite der Platte eine Annäherung an statischen Druck ist.

Keiner von ihnen würde ohne Erhitzen gut mit Glasur umgehen.

Gibt es auch Flugzeuge auf der ganzen Welt, Airliners, GA, Military oder sogar Experimental, die ohne Pitot-Rohre arbeiten?

Ein Flugzeug mit sehr hoher Geschwindigkeit relativ zum Wind, weit über der Stall-Geschwindigkeit und weit unter einer Geschwindigkeit, die niemals überschritten wird, würde keine Luftdaten benötigen, bis es langsamer wird (z. B. die ausfahrbaren Sonden des Space Shuttles).

Ja absolut.

Vor einem Jahrzehnt machte Bill Premerlani eine geniale Erkenntnis, dass eine Änderung der Einstellung relativ zu einer Änderung der Geschwindigkeit über Grund den Zustand der verborgenen Fluggeschwindigkeit offenbart.

Ganz kurz, hier ist die Antriebsgleichung. (Ich verweise den Leser auf die folgenden Dokumente für eine vollständige Erklärung der Variablen).

Der DIYDrones-Link, wo B. Premerlani seine Arbeit ankündigt: https://diydrones.com/forum/topics/wind-estimation-without-an

Das Whitepaper: https://st3.ning.com/topology/rest/1.0/file/get/3690830434?profile=original

Hier ist der Codeabschnitt, der von Premerlani für seinen Autopiloten geschrieben wurde: https://github.com/MatrixPilot/MatrixPilot/blob/5bacc66190b65fecc1f01f92326b22df4c237215/libDCM/estWind.c

Hier ist derselbe Algorithmus, den ich für ein anderes Autopilot-Projekt geschrieben habe: https://github.com/TauLabs/TauLabs/blob/d0512149b454894ae0cf98c177afc1fb6a68f806/flight/Modules/Airspeed/gps_airspeed.c#L99

Es gibt ein paar Nuancen:

1. Dies funktioniert nur, wenn das Flugzeug seine Lage ändert. Für einen geraden und waagerechten Flug wird die Fluggeschwindigkeitsschätzung also divergieren. Dies ist eine Einschränkung für Langstrecken-Kreuzfahrtflüge, da sie vermutlich wenige Lageänderungen aufweisen. In diesen Situationen müssten Sie sich darauf verlassen, andere Faktoren zu kennen, z. B. die Konfiguration des Flugzeugs, wenn Sie die Fluggeschwindigkeit weiterhin schätzen möchten.
2. Es erfordert einen koordinierten Flug. Wenn das Flugzeug seitlich durch die Luft rutscht, wird die Modellprämisse verletzt und die Algorithmusergebnisse werden darunter leiden.

Ich bin immer wieder überrascht, dass die Arbeit von B. Premerlani nicht mehr Anklang findet. Im Gegensatz zu allen anderen GPS-basierten Fluggeschwindigkeitsschätzern, die ich kenne, erfordert es keine horizontale 360-Grad-Drehung. Es reicht aus, eine Reihe kleiner (~5 Grad) Steigungs- und/oder Steuerkursänderungen zu haben. Ich kann bestätigen, dass es in der Praxis gut funktioniert.