民航机载电子设备与系统(第2章)

1、第二章第二章 大气数据仪表与大大气数据仪表与大 气数据计算机气数据计算机 内容提要 1. 大大气气特性特性 2. 气压气压高度表高度表 3. 升降速度表升降速度表 4. 空速表空速表 5. 马马赫赫数数表表 6.大大气数气数据据计计算机算机 大气数据仪表大气数据仪表指飞行仪表中的指飞行仪表中的高度表、高度表、 指示空速表、真空速表、马赫数表、指示空速表、真空速表、马赫数表、 升降速度表和大气温度表升降速度表和大气温度表等。等。 结构结构 特点特点 分立式分立式 组合式组合式 系统式系统式大气数据系统仪表大气数据系统仪表 大气数据仪表不能直接测出飞机飞行的参数大气数据仪表不能直接测出飞机飞行的参

2、数 通过测量飞机与大气之间的作用力及飞机所通过测量飞机与大气之间的作用力及飞机所 在位置的大气参数，再根据大气参数与飞机在位置的大气参数，再根据大气参数与飞机 飞行参数的特定关系进行换算后才能得到飞行参数的特定关系进行换算后才能得到 大气参数经过飞机的全、静压系统和大气参数经过飞机的全、静压系统和 大气数据计算机转换成相应的电信号，大气数据计算机转换成相应的电信号， 再送到相应的仪表分别指示飞行的各再送到相应的仪表分别指示飞行的各 种数据。种数据。 第一节大气特性第一节大气特性 第一节大气特性第一节大气特性 （一）大气层（一）大气层(aerosphere) 大气层的成分主要有大气层的成分主要有

3、氮气氮气，占，占781； 氧气占氧气占209；氩气占；氩气占093；还有；还有 少量的少量的二氧化碳二氧化碳、稀有气体（、稀有气体（氦气氦气、氖氖 气气、氩气氩气、氪气氪气、氙气氙气、氡气）和水蒸、氡气）和水蒸 汽。大气层的空气汽。大气层的空气密度密度随高度而减小，随高度而减小， 越高空气越稀薄。大气层的厚度大约在越高空气越稀薄。大气层的厚度大约在 1000千米以上，但没有明显的界限。千米以上，但没有明显的界限。 第一节第一节 大气特性大气特性 q垂直方向上特性变化显著 （密度、温度、压强、） 10km高度 1/3 1/3 0 0 p p1/4 p1/4 p0 0 100km高度 4 4* *

4、1010-7 -7 0 0 p p 3 3* *1010-7 -7 p p0 0 一、大气一、大气 第一节第一节 大气特性大气特性 包围在地球周围的空气为大气，分五层：包围在地球周围的空气为大气，分五层： 对流层(赤道区1618km,中纬度区1012km,南 北极89km; 包含大气中的大气质量，几乎全 部的水汽，天气现象复杂多变) 散逸层(外层，大气分子向外层空间逃逸) 电离层(到800km，空气密度很小，声波也难以 传播。空气处于高度电离状态) 中间层(到8085km。气温随高度增加而下降， 空气有相当强烈的垂直运动。 ) 平流层(对流层之上，顶端扩展到5055km。气 流平稳，能见度佳。

5、平流层下端称同温层) 同温层堡垒 一、大气一、大气 民航飞机在对流层飞行，最高升限接近平流层下边界。民航飞机在对流层飞行，最高升限接近平流层下边界。 第一节第一节 大气特性大气特性 R 气体常数 大气的状态参数： 密度 （kg/m3） 温度 T （K） 压强 p （Pa） 状态方程： 对于一定量的气体，它的压强p、密度和温 度T等三个参数就可以决定它的状态。它们之间 的关系，可以用气体的状态方程表示 。 p=RT 一、大气一、大气 第一节大气特性第一节大气特性 来自空气的重力来自空气的重力 来自空气不规则运动来自空气不规则运动 对容器壁的作用力对容器壁的作用力 单位面积所承受单位面积所承受 的

6、大气柱重量的大气柱重量 大气压力大气压力 二、大气的温度、密度、 压力与高度的关系 1、 大气温度随高度变化的关系 大气温度空气受热的程度 空气分子不规则热运动的速度 二、温度、密度、压力与高度的关系二、温度、密度、压力与高度的关系 大气温度一般以摄氏温度大气温度一般以摄氏温度C和绝对温度和绝对温度K表示。西方国家常用华氏温度表示。表示。西方国家常用华氏温度表示。 高度升高，温度降低高度升高，温度降低 同温层同温层 Htt kmC dH dt H c 0 /5 . 6 温度梯度温度梯度 求求H=11km处的温度。处的温度。 -56.5度度 2、 大气密度随高度变化的关系 大气密度单位容积空气的

7、质量 空气分子疏密的程度 空气分子的数目靠近地面较多，远离地面较少。 H(km) 二、温度、密度、压力与高度的关系二、温度、密度、压力与高度的关系 高度越高，密度越低高度越高，密度越低 3、 大气压力随高度变化的关系 大气压力 H(km) 单位面积上所承受的大气柱重量 H dp dH p 二、温度、密度、压力与高度的关系二、温度、密度、压力与高度的关系 高度升高，大气柱变高度升高，大气柱变 短，单位面积上所承短，单位面积上所承 受的重量必然减轻受的重量必然减轻。 三、国际标准大气和三、国际标准大气和 大气的物理性质大气的物理性质 第一节第一节 大气特性大气特性 由来：大气参数随着地理位置、离地

8、面高度和 季节等的变化，飞机的空气动力和飞行性能 随之变化。 三、国际标准大气三、国际标准大气： 为了确定比较飞机的飞行性能必须为了确定比较飞机的飞行性能必须 按同一标准大气物理性质进行换算。按同一标准大气物理性质进行换算。 各种飞行参数的测量仪表各种飞行参数的测量仪表 都按标准大气设计出来的都按标准大气设计出来的 国际标准大气国际标准大气 地球北纬地球北纬3560度地区的平均大气数据接近，度地区的平均大气数据接近， 实际上把这些平均数值加以修正得出的。实际上把这些平均数值加以修正得出的。 广州广州 北京北京 上海上海 比标准大气规定的气温高比标准大气规定的气温高 和标准大气规定的气温差不多和

9、标准大气规定的气温差不多 提出： 国际标准大气 高度高度 H H0m 比重比重 1.225kg/m3 温度温度 T T288.15K 压强压强 p p101325Pa 声速声速 a(c)a(c)340.294m/s 粘度粘度 1.7894*10 -5Pa*s 标准重力加速度标准重力加速度 g g 9.80665m/s2 气体常数气体常数 R R287.05278J/(kgK) 海平面大气物理属性 15 760mmHg 密度0.125kgs2/m4 空气的质量密度与空气的重量密度的关系空气的质量密度与空气的重量密度的关系 g 质量密度质量密度 重量密度重量密度 重力加速度重力加速度 q惯性： 空

10、气对飞机的反抗或反推力。惯性大，阻力大 q粘性：粘性大，加剧摩擦 相邻两层间的内摩擦 气体分子不规则运动的结果 动粘性系数 内摩擦力与相邻流层特性参数之间的关系 四、大气的物理性质：四、大气的物理性质： 与质量有关与质量有关 与密度有关与密度有关 空气自身相互粘空气自身相互粘 滞和牵制的特性滞和牵制的特性 温度高温度高 粘性大粘性大 压压 缩缩 性性 的的 特特 点点 低速飞行时，空气的压强和低速飞行时，空气的压强和 密度变化不大，认为不可压缩。密度变化不大，认为不可压缩。 物质具有一定程度的可物质具有一定程度的可 压缩性，气体尤其明显压缩性，气体尤其明显 在压力和温度作用下改变在压力和温度作

11、用下改变 密度和体积的一种特性密度和体积的一种特性 高速飞行时必须考虑空气的压缩性。高速飞行时必须考虑空气的压缩性。 空气流过飞行器表面时， 压强会发生变化，密度也随之改变 问题？低空时飞机上产生的问题？低空时飞机上产生的 空气动力比高空时大还是小？空气动力比高空时大还是小？ 第二节 气压高度表 金城学院民航电子电气专业 Altimeter 气气 压压 高高 度度 表表 机械式机械式 电动式电动式 采用真空膜盒测采用真空膜盒测 量大气压的变化量大气压的变化 采用大气数据计算机采用大气数据计算机 计算飞行高度计算飞行高度 高度升高大气压力减小的规律构成的仪表高度升高大气压力减小的规律构成的仪表

12、第二节第二节 气压高度表气压高度表 飞行高度是飞机在空中距某一个基 准面的垂直距离。 测量飞机高度的基准面不同，得出 的飞行高度也不同。 一、飞行高度和气压高度表的功能一、飞行高度和气压高度表的功能 金城学院民航电子电气专业 第二节第二节 气压高度表气压高度表( (续续) ) 飞机在飞行中使用的飞行高度有以下四种：飞机在飞行中使用的飞行高度有以下四种： 相对高度：相对高度：飞机从空中到某一既定的机飞机从空中到某一既定的机 场地面的垂直距离，飞机起落时必须测场地面的垂直距离，飞机起落时必须测 量相对高度；量相对高度； 真实高度：真实高度：飞机从空中到正下方地面飞机从空中到正下方地面 上顶的垂直距

13、离，飞机起飞、进近、着上顶的垂直距离，飞机起飞、进近、着 陆时必须测量真实高度；用无线电高度陆时必须测量真实高度；用无线电高度 表指示。表指示。 金城学院民航电子电气专业 第二节第二节 气压高度表气压高度表( (续续) ) 绝对高度：绝对高度：飞机从空中到海平面的飞机从空中到海平面的垂直垂直 距离距离，在气压较低的机场，无法利用气，在气压较低的机场，无法利用气 压式高度表测量相对高度时，可以采用；压式高度表测量相对高度时，可以采用； 标准气压高度：标准气压高度：飞机从空中到标准气压飞机从空中到标准气压 平面的垂直距离，飞机在加入航线飞行平面的垂直距离，飞机在加入航线飞行 时可以利用标准气压高度

14、或在场面气压时可以利用标准气压高度或在场面气压 低的机场，无法利用气压式高度表测量低的机场，无法利用气压式高度表测量 相对高度进行飞机起降时，采用。相对高度进行飞机起降时，采用。 金城学院民航电子电气专业 根据根据 图找图找 规律规律 第二节第二节 气压高度表气压高度表( (续续) ) 绝对高度绝对高度= =相对高度相对高度+ +机场标高机场标高 标准气压高度标准气压高度= =相对高度相对高度+ +机场标准气压高度机场标准气压高度 绝对高度绝对高度= =真实高度真实高度+ +地点高度地点高度 总之，在飞行中如果知道机场高度、地点标高和 机场标准气压高度，则可由仪表指示高度推算出 想要知道的另一

15、种高度。 各种高度间关系：各种高度间关系： 金城学院民航电子电气专业 图图2-2-1各种高度间的关系各种高度间的关系 用刚性导管与空速管连接，通过测量 不同高度上互不相同的空气静压，指 示飞机所在位置的海拔高度，而不是 与飞机正下方的地面的高度差。 由于空气静压与气温等诸多因素有关，起飞、转场 降落前应了解机场地面的场压（以英寸汞柱或毫巴 为单位）校正高度表（上图红点处的旋钮）。 第二节第二节 气压高度表气压高度表( (续续) ) 图中有三支指针，长针（蓝点）表示100英 尺，中针（黄点）1000英尺，短针（绿针） 表示10000英尺，现在高度是3650英尺。 二、基本工作原理二、基本工作原理

16、 气压式高度表工作原理：气压式高度表工作原理：根据高度根据高度 升高气压降低，利用真空膜盒感受大升高气压降低，利用真空膜盒感受大 气压力的变化表示飞行高度的变化。气压力的变化表示飞行高度的变化。 注意：注意：使用气压高度表时，选定的使用气压高度表时，选定的 基准面不同，测量出的高度也不同。基准面不同，测量出的高度也不同。 金城学院民航电子电气专业 图222 高度表的基本原理 H P 真空膜盒真空膜盒 1、自然状态，真空膜盒上的气压为零、自然状态，真空膜盒上的气压为零 2、高度升高，大气压力减小，真空膜盒膨胀、高度升高，大气压力减小，真空膜盒膨胀 3、高度降低，大气压力增加，真空膜盒收缩、高度降

17、低，大气压力增加，真空膜盒收缩 气压高度表的读数与选定的基准面有关气压高度表的读数与选定的基准面有关 标准气压平面标准气压平面 机场的场面气压平面机场的场面气压平面 修正的海平面修正的海平面 标准气压高度标准气压高度 机场相对高度机场相对高度 绝对高度绝对高度 基基 准准 面面 的的 选选 择择 气压高度表的机械误差 由于高度表在构造、材料、制造上的缺 陷及使用中的磨损、变形等引起的误差， 叫做机械误差。机械误差经定期测定后， 绘制成修正曲线卡片，放在飞机上，供 需要时使用。 三、气压高度表的方法误差 气压随时间、地点、温度等的变化而变化。气压随时间、地点、温度等的变化而变化。 （一）气压方法

18、误差（一）气压方法误差 （二）气温方法误差（二）气温方法误差 高度表的高度表的 方法误差方法误差 三、气压式高度表的方法误差三、气压式高度表的方法误差 气压方法误差：高度表测量基准面的气压不 符合标准大气条件而引起的误差。 计算题计算题 1.飞机在某飞行高度测得(1)PH1=560mmHg, (2)PH2=751mmHg,求：飞行高度分别是多少？ 这个高度是什么高度？ 2.某机场的标准气压高度是-50m，求该机场 的气压。 3.飞机在航线上某高地用无线电高度表测得 H=2100m，若该高地的地点标高为3600m，求 飞机此时的绝对高度H绝。 金城学院民航电子电气专业 （二）气温方法误差 高度表

19、所测量的高度基准 面气温及其垂直递减率不符合 标准条件而引起的误差。 气压式高度表无专门气压式高度表无专门 的气温方法误差修正机构，的气温方法误差修正机构， 飞行时需要计算修正飞行时需要计算修正 温度符温度符 合标准合标准 高于标准平高于标准平 均温度均温度 低于标准低于标准 平均温度平均温度 四、四、气压式气压式高度表的结构高度表的结构 主要有真 空 膜 盒 、 传动机构、 指示部分、 表 壳 和 气 压 调 整 机 构等。 金城学院民航电子电气专业 1、真空膜盒、真空膜盒 2、传动机构、传动机构 3、指示部分、指示部分 4、表壳、表壳 5、气压调整机构、气压调整机构 气气 压压 高高 度度

20、 表表 （二）传动机构（传送部分） 传传 送送 部部 分分 的的 作作 用用 指针转角与高度的关系是线性的指针转角与高度的关系是线性的 真空膜盒微小的位移量传送给指真空膜盒微小的位移量传送给指 针，使指针产生较大的角位移。针，使指针产生较大的角位移。 （四）气压调整机构（调整部分） 内外指标指示的是基准面的标准气压高度 气压刻度盘用来指示选定的基准气压 由于高空的单位气压高度差比低空大，气 压刻度盘是不均匀的，气压数值小的刻度 稀一些，气压数值大的刻度密一些。 拧动调整旋钮时，对气压刻度盘和内外指 标按配合的关系同时转动，相当于调整基 准气压和基准面的标准气压高度。 第三节 升降速度表 金城学

21、院民航电子电气专业 VSI，vertical speed indicator 一、升降速度表的功用 1、测量飞机的升降速度、测量飞机的升降速度 2、反映微小的高度变化、反映微小的高度变化 3、指示飞机是升还是降、指示飞机是升还是降 升降速度，升降速率升降速度，升降速率 升升 降降 速速 度度 表表 二、升降速度表的工作原理 (一一)基本工作原理基本工作原理 飞机高度变化飞机高度变化大气压力变化大气压力变化 测量气压变化的快慢就可知测量气压变化的快慢就可知 道上升或下降的垂直速度。道上升或下降的垂直速度。 用刚性导管与皮托管连接，通过测量空 气静压的变化，指示飞机的上升或下降 速度。单位为英尺/

22、分钟（feet/min）， 最小刻度为100英尺/分钟。 VSI显示是有滞后的，不能仅以VSI读数判断飞机某一瞬间正常上升 还是下降，尤其是在低空作机动飞行时。应以舱外景物和高度表读 数为主，VSI读数为辅作判断。当飞机作较长时间稳定爬升或下降 时，可用VSI读数估算爬升/下降一定高度差所需时间和飞行距离。 第三节第三节 升降速度表升降速度表 上图所示为上升速度近200英尺/分钟，小型飞机 一般起飞时爬升率可达900英尺/分钟，从高空正 常下降高度时下降率约700，进近时下降率约400。 接地瞬间下降率在200以下可以接受，50以下最 好。（注：100英尺/分钟 = 0.508米/秒） 第三节

23、第三节 升降速度表升降速度表 开口膜盒开口膜盒 内部经过铜管，与大气静压直接相连与大气静压直接相连，外部（表壳）通过毛细管通过毛细管 (其内径很小，通气不畅)也与静压相连。也与静压相连。 飞机上升或下降时，飞机上升或下降时，膜盒内部气压基本上随着高度的变化而改变，但 膜盒外部的气压由于受毛细管的阻滞作用，变化较慢，因此膜盒内外膜盒内外 产生压差产生压差而形成位移，再通过传动元件使指针旋转使指针旋转，就可指出飞机升 降的速度。 1、飞机平飞，内外膜盒压力相、飞机平飞，内外膜盒压力相 等，仪表指示为等，仪表指示为“0”。 2、高度增加，大气压逐渐降低，膜盒、高度增加，大气压逐渐降低，膜盒 内压力下

24、降比表壳内下降快，膜盒收缩，内压力下降比表壳内下降快，膜盒收缩， 飞机指示上升速度。飞机指示上升速度。 3、高度下降，大气压逐渐升高，膜盒、高度下降，大气压逐渐升高，膜盒 内压力升高比表壳内升高快，膜盒膨胀，内压力升高比表壳内升高快，膜盒膨胀， 飞机指示垂直下降速度。飞机指示垂直下降速度。 三、影响升降速度表指示的各三、影响升降速度表指示的各 种因素种因素 飞机升降速率； 毛细管的内径和长度； 表壳容积； 空气粘滞性系数； 气温 金城学院民航电子电气专业 升降速度表膜盒内的铜管能否 接到驾驶舱中？ 金城学院民航电子电气专业 四、升降速度表的气温误差和四、升降速度表的气温误差和 延迟误差延迟误差

25、 升降速度表只有在等温和毛细管两 端的压力差保持在动平衡条件下， 才能准确地指示飞机的升降率。 升降速度表主要存在气温误差和延 迟误差。 金城学院民航电子电气专业 四、升降速度表的气温误差和 延迟误差 误差产生的原因：误差产生的原因： 1、表内外及毛细管中的气温不等、表内外及毛细管中的气温不等 2、毛细管两端的压力差不等、毛细管两端的压力差不等 升降速度表的气温误差升降速度表的气温误差 气温误差：气温误差：飞机外部温度、表壳内部飞机外部温度、表壳内部 气温及毛细管中的平均温度三者不等气温及毛细管中的平均温度三者不等 或者分别发生变化，使升降速度表产或者分别发生变化，使升降速度表产 生的误差，叫

26、做气温误差。生的误差，叫做气温误差。 金城学院民航电子电气专业 气温误差气温误差 )1 ( 2 lm inH yiy T TT VV 气温误差气温误差 绝对值绝对值 仪表指示仪表指示 的升降率的升降率 飞机外部飞机外部 气温气温 毛细管毛细管 中气温中气温 表壳内表壳内 部气温部气温 升降速度表的延迟误差升降速度表的延迟误差 延迟延迟误差：误差：飞机升降速度跃变时，升飞机升降速度跃变时，升 降速度表需要经过一段时间，才能指降速度表需要经过一段时间，才能指 出相应的数值，在这段时间内，仪表出相应的数值，在这段时间内，仪表 指示值与飞机的升降率实际值之差，指示值与飞机的升降率实际值之差， 称为延迟

27、误差。自升降速度开始跃变称为延迟误差。自升降速度开始跃变 到指示接近相应稳定值所经历的时间，到指示接近相应稳定值所经历的时间， 称作延迟时间。称作延迟时间。 金城学院民航电子电气专业 图232 延迟误差 图232 升降速表的 结构 敏感部分敏感部分 转换部分转换部分 传送部分传送部分 指示部分指示部分 调整部分调整部分 毛细管毛细管 开口膜盒开口膜盒 调整旋钮、传动齿轮和偏心轮调整旋钮、传动齿轮和偏心轮 指针和刻度盘指针和刻度盘 连杆、传送臂、扇形齿轮、小连杆、传送臂、扇形齿轮、小 齿轮和轴向平衡拨杆传送结构齿轮和轴向平衡拨杆传送结构 五、升降速度表结构五、升降速度表结构 内容提要 大气大气

28、特性特性 气压气压 高度表高度表 马赫马赫 数表数表 升降升降 速度表速度表 大气数据大气数据 计算机计算机 空速表空速表 第四节 空速表 金城学院民航电子电气专业 AirSpeed Indicator 第四节第四节 空速表空速表 Mig-21空速管特写 山鹰高教机空速管特写 一、概述一、概述 四、真空速表的方法误差四、真空速表的方法误差 三、测量真空速的原理三、测量真空速的原理 二、测量指示空速的原理二、测量指示空速的原理 第四节第四节 空速表空速表 飞机相对于空气的运动速度称为空速。空 速表就是测量飞机空速的仪表。 一、概述一、概述 根据空速，飞行员可以判断作用在飞机上根据空速，飞行员可以

29、判断作用在飞机上 的空气动力情况，以便正确驾驶。此外，的空气动力情况，以便正确驾驶。此外， 可以根据空速、风速及风向来计算飞机地可以根据空速、风速及风向来计算飞机地 速，再由此推算飞行距离。速，再由此推算飞行距离。 金城学院民航电子电气专业 飞行速度的几种表示：飞行速度的几种表示： 真空速：真空速：飞机相对于空气运动的真实速飞机相对于空气运动的真实速 度；度； 指示空速：指示空速：按海平面标准大气条件下动按海平面标准大气条件下动 压与空速的关系得到的空速；压与空速的关系得到的空速； 地速：地速：飞机相对于地面的运动速度。飞机相对于地面的运动速度。 1.1.M M数：数：飞机的真空速与飞机所在高

30、度的飞机的真空速与飞机所在高度的 音速之比，可以用它来表示飞机在飞行音速之比，可以用它来表示飞机在飞行 中空气被压缩的程度。中空气被压缩的程度。 空速表空速表概述概述 金城学院民航电子电气专业 空气相对于地面的运动速度叫风速。 地速等于真空速和风速的矢量和。 既有： vVW t 空速表空速表概述概述 金城学院民航电子电气专业 （二）空速与动压、静压和气 温的关系 空空 速速 动压动压 静压静压 气温气温 研究空速表的理论基础研究空速表的理论基础 气流的全压：气流的全压：气流相对于飞机运动时， 在正对气流运动方向的飞机表面，气 流完全受阻，速度降至0，这时气流 的动能全部转化为压力能和内能。空

31、气温度升高，压力增大，称为全受阻 压力，也称全压； 静压：静压：气流未被扰动处的压力； 空速与动压、静压和气温的关系 金城学院民航电子电气专业 用刚性导管与皮托管连接,通过测量空 气气流的总压与静压之差(即动压)指示 当前飞机相对空气的飞行速度（表速， IAS）。通常谈及飞行操作时提到的速 度均用IAS,很少用真空速或地速。 左图所指空速为107节。 1节=1海里/小时 = 1.852公里/小时 ，1 knot=1kt=1 nm / hr=1.852 km / hr 绿色弧线范围 飞机正常使用空速 上限:Vno，144节，在最大结构巡航速度，不 要让巡航速度超过这个速度。 下限：Vs1, 50

32、节，最大总重、收起襟翼、起 落架、发动机怠速状态下的失速速度。 白色弧线范围 襟翼全张开的安全使用速度范围 上限：Vfe，90节，高于这个速度张开襟翼会 导致结构损坏。 下限：Vso, 40节，着陆构型下（襟翼全张开， 放下起落架）的失速速度。 黄色弧线范围 在这个速度范围内，只允许在平稳气 流中作短时间飞行，144节-179节 红线刻度 Vne, 179节，不要超过这个速度，即 使在平稳气流条件下，达到这个速度 都会导致结构损坏。 空速表空速表 全静压管全静压管 飞机上专门收集全压飞机上专门收集全压 和静压的管子叫和静压的管子叫 全压和静压之差称作全压和静压之差称作 ，用来指示飞机用来指示飞

33、机 速度。速度。 空速表空速表 金城学院民航电子电气专业 研究空气流过全静管时空速与动压、研究空气流过全静管时空速与动压、 静压、气温的关系，大致可分为亚静压、气温的关系，大致可分为亚 音速和超音速。音速和超音速。 2 2、亚音速飞行时空速与动压、亚音速飞行时空速与动压、 静压和温度的关系静压和温度的关系 H TH t P PT KV1 gRK21 飞机的飞机的 真空速真空速 飞机所在高飞机所在高 度的气温度的气温 动压动压 飞机所飞机所 在高度在高度 的静压的静压 重力加速度重力加速度 气体常数气体常数 CmR /27.29 H TH t P PT KV1 1、静压、气温一定，动压越大，空速

34、越大。、静压、气温一定，动压越大，空速越大。 2、动压、气温一定，静压越小，空速越大。、动压、气温一定，静压越小，空速越大。 3、动压、静压一定，气温越高，空速越大。、动压、静压一定，气温越高，空速越大。 结论结论 空速小于空速小于400km/h情况情况 考虑空气压缩时的情况考虑空气压缩时的情况 空气的压缩性由气温决定的空气的压缩性由气温决定的 气温越高空气不容易压缩气温越高空气不容易压缩 空速大于空速大于400km/h 流体的可压缩性越大，音速越小； 而流体的可压缩性越小，音速越大； 音速a可以作为压缩性的指标。 HH gRTK 2 音音 速速 绝热系数取绝热系数取1.4 11 1 22 2

35、 1 2 K K H T Hg t P P K RTK V 空速与动静压的关系空速与动静压的关系 HH gRTK 2 音音 速速 绝热系数取绝热系数取1.4 无论是否考虑无论是否考虑 空气压缩性，关系空气压缩性，关系 为为动压越大，空速动压越大，空速 越大；静压越小，越大；静压越小， 空速越大；温度越空速越大；温度越 低，空速越小。低，空速越小。只只 是具体数量关系两是具体数量关系两 者有所不同。者有所不同。 3、超音速飞行时，空速与动压、静压、 气温的关系 1 )7( 167 5 . 2 2 2 2 7 HtH t HT gRTKVgRTK V PP 空速增大，使动压增大。空速增大，使动压增

36、大。 动压随空速动压随空速 增大而增大增大而增大 测动压可以测动压可以 表示空速表示空速 ( (一一) )指示空速表的基本工作原理指示空速表的基本工作原理 根据空速与动压的关系，利用全静压管测根据空速与动压的关系，利用全静压管测 量量动压动压可以表示可以表示空速空速。在静压和气温一定。在静压和气温一定 的条件下，动压的大小完全取决于空速，的条件下，动压的大小完全取决于空速， 因此指针的角位移可以表示空速的大小。因此指针的角位移可以表示空速的大小。 指示空速表就是根据海平面标准大指示空速表就是根据海平面标准大 气压条件下空速与动压的关系，通气压条件下空速与动压的关系，通 过测量动压来表示。过测量

37、动压来表示。 二、测量空速表的基本原理 图图2-4-3指示空速表的原理图指示空速表的原理图 表壳内表壳内 通静压通静压 指针角位指针角位 移反映动移反映动 压的大小压的大小 膜盒内外膜盒内外 的压力差的压力差 就是动压就是动压 （二）指示空速与真空速的关系 飞机相对于空气运动的真实速度。飞机相对于空气运动的真实速度。 真空速真空速 指示空速指示空速 把通过测量动压，并按海平面标准把通过测量动压，并按海平面标准 大气压与空速的关系得到的空速。大气压与空速的关系得到的空速。 表速表速 原因：飞机周围的大气参数不符合海平面原因：飞机周围的大气参数不符合海平面 标准大气条件，即使空速不变，但静压、标准

38、大气条件，即使空速不变，但静压、 气温改变、动压也要改变。因此指示空速气温改变、动压也要改变。因此指示空速 与真空速不等。与真空速不等。 指示空速等于真空速指示空速等于真空速 指示空速小于真空速指示空速小于真空速 高度越高，差别越大高度越高，差别越大 海平面标准大气压海平面标准大气压 高空空气密度变小，动压减小。高空空气密度变小，动压减小。 气温降低气温降低,空气压缩性修正量增大空气压缩性修正量增大 真空速与动压的关系真空速与动压的关系 真空真空 速速 动压动压 空气空气 密度密度 空气压缩空气压缩 修正量修正量 )1 ( 2 HH T t p V 指示空速与动压的关系指示空速与动压的关系 )

39、1 ( 2 00 T i p V 指示指示 空速空速 海平面标准大气海平面标准大气 压空气密度压空气密度 海平面标准大气压海平面标准大气压 空气压缩修正量空气压缩修正量 动压动压 指示空速与真空速的关系指示空速与真空速的关系 HH it VV 1 1 00 空速表的方法误差空速表的方法误差 指示空速表的指示值和计算的真指示空速表的指示值和计算的真 空速值的差，通过计算机修正。空速值的差，通过计算机修正。 三、测量真空速的原理 测量真空速的原理测量真空速的原理 动压动压 静压静压 气温气温 真空真空 速表速表 指示指示 随气温的降低而减小随气温的降低而减小 随静压的减小而增大随静压的减小而增大

40、随动压的增大而增大随动压的增大而增大 测量方法有两种测量方法有两种 测量指示空速的作用 Y=CyS1/2v2 Cy是升力系数，随迎角的增大而 增大。因此，增大迎角时，要想保持平飞，必 须减小动压。 飞机在不同的高度平飞时，如欲保持一定的迎 角，所需的指示空速值是不变的。但是由于指 示空速在各个高度上不等于真空速，所以对于 领航来说需要真空速。 跨音速和超音速飞行时，升力系数不仅与迎角 有关而且与马赫数有关，指示空速不再能反映 空气动力了，因此必须利用马赫数表。 （一）通过感受动压、静压、气温测量真 空速原理 通过感受动压、静压、通过感受动压、静压、 静温测量真空速原理图静温测量真空速原理图 表

41、壳内通静压表壳内通静压 位移大位移大 小由气小由气 温决定温决定 位移大位移大 小由动小由动 压决定压决定 真空膜真空膜 盒与开盒与开 口膜盒口膜盒 串联串联 （1）若静压、气温不）若静压、气温不 变，而动压增加，说变，而动压增加，说 明真空速增加，第一明真空速增加，第一 开口膜盒膨胀，传开口膜盒膨胀，传 送给指针，转角增大。送给指针，转角增大。 （2）若动压、静压不变，气温降低，说明）若动压、静压不变，气温降低，说明 真空速减小。第二开口膜盒收缩，支点向左真空速减小。第二开口膜盒收缩，支点向左 移动，减小传动比，指针的转角减小。移动，减小传动比，指针的转角减小。 （3）动压、气温不）动压、气

42、温不 变而静压减小，说变而静压减小，说 明真空速增大，真明真空速增大，真 空膜盒膨胀，使支空膜盒膨胀，使支 点向右移动，指针点向右移动，指针 转角增大。转角增大。 结论：真空速表指针转角随动压的结论：真空速表指针转角随动压的 增大而增大，随静压的减小而增大，增大而增大，随静压的减小而增大， 随气温的降低而减小。随气温的降低而减小。 第一开口膜盒也膨胀 R H H p p TT )( 0 0 标准大气压下气温与静压的关系标准大气压下气温与静压的关系 三、测量真空速的原理 (二二)、通过感受动压、静压测量真空速、通过感受动压、静压测量真空速 4 .0 5 .0 3 H t t p p KV 标准大

43、气压下真空速与动、静压的关系标准大气压下真空速与动、静压的关系 (二二)、通过感受动压、静压测量真空速、通过感受动压、静压测量真空速 通过通过感受感受动压、静压动压、静压测量测量真空速真空速原理图原理图 动压增大时，开口膜盒膨胀，使指针的 转角增大；静压减小时，真空膜盒膨胀， 支点向右移动，传动比增大，也使指针的 转角增大。如果膜盒的特性曲线及传送机 构的特性曲线选择适当，仪表的指示就可 以按照标准大气条件下真空速与动压、静 压的关系式，随动压、静压的变化而变化， 从而指示出飞机的真空速。 ( (二二) )、通过感受动压、静压测量真空速、通过感受动压、静压测量真空速 的原理的原理 只要感受动压

44、和静压，就可以达到只要感受动压和静压，就可以达到 测量真空速的目的。没有感温部分测量真空速的目的。没有感温部分 使得结构简化了，但是会存在气温使得结构简化了，但是会存在气温 方法误差。方法误差。 三、测量真空速的原理 金城学院民航电子电气专业 外界气温不符合标准大气外界气温不符合标准大气 压，称为压，称为气温方法误差气温方法误差。 0H Hi tit T T VV 仪表指示仪表指示 的空速的空速 实际真实际真 空速空速 飞机周围的飞机周围的 实际温度实际温度 标准大气标准大气 压下气温压下气温 四、真空速表的方法误差 误差误差 动静压不变，气温动静压不变，气温，真空速，真空速 变大，而仪表指示

45、没有变化。变大，而仪表指示没有变化。 误差误差动静压不变，气温动静压不变，气温，真空速，真空速 变小，而仪表指示没有变化。变小，而仪表指示没有变化。 空速表原理空速表原理 组合空速表原理组合空速表原理 全压-静压=动压 开口膜盒内 全压 开口膜盒外 静压 膜盒内外的压力差等于气流的动压。 膜盒在动压作用下膨胀，通过传动机 构，使指针指出相应的速度值。 这种根据相对气流的动压测出的速度 叫做指示空速，或叫表速。 高度改变时，由于空气密度的变 化，指示空速会随之改变。因此， 上述空速表还不能确实地反映飞 机的真实空速。为了使飞行员了 解飞机的真空速，在有些空速表 中装有空气密度补偿机构，形成 组合

46、式空速表，以指示真空速值。 空速表原理 五、空速表的结构及工作原理 （一）小刻度范围的空速表（一）小刻度范围的空速表 （二）连杆组合式空速表（二）连杆组合式空速表 （三）拨杆式组合型空速表（三）拨杆式组合型空速表 BK800空速表空速表 1、空速变大，动压增大，、空速变大，动压增大， 开口膜盒膨胀产生位移，开口膜盒膨胀产生位移， 仪表指示增大。仪表指示增大。 2、空速变小，动压、空速变小，动压 减小，开口膜盒收减小，开口膜盒收 缩，仪表指示减小。缩，仪表指示减小。 3、改变传动臂的长短、改变传动臂的长短 可以调整仪表的误差。可以调整仪表的误差。 （二）连杆式组合型空速表 开口膜盒感受到动压，通

47、开口膜盒感受到动压，通 过机械机构使粗指针转动过机械机构使粗指针转动 空速为零时，由于限制叉的作用，空速为零时，由于限制叉的作用， 仪表指示相当于空速仪表指示相当于空速100km/h。 这种空速表的指示范围较大，并且 有粗、细两个指针。粗指针指示 “指示空速”，细指针指示“真空速”。 图图2-4-7 连杆式连杆式 组合型空速表结构组合型空速表结构 1、仪表的指示范围扩大了，前疏后密。、仪表的指示范围扩大了，前疏后密。 2、低速时，中层膜片在动压的作用、低速时，中层膜片在动压的作用 下膨胀，指示比较灵敏；下膨胀，指示比较灵敏； 3、高速时，中层膜片与上层膜片接、高速时，中层膜片与上层膜片接 触，

48、一起膨胀，能承受较大的动压，触，一起膨胀，能承受较大的动压， 所以仪表的范围扩大了。所以仪表的范围扩大了。 （三）拨杆式组合型空速表 拨杆式组合型空速表结构拨杆式组合型空速表结构 空速表的误差 1、机械误差 由于空速表的内部机件制造不可能绝对 精确，使用中机件磨损变形、老化等原因 引起空速表产生的误差。每个空速表的机 械误差由机务维护人员定期测定并绘制成 空速表误差表，以供飞行中飞行员修正时 查用。 2、空气动力误差 由于气流流经空速管时产生弯曲和紊乱， 使空速管接受的全压和静压不准确引起空 速表产生的误差。空气动力误差的大小随 机型、飞行质量和表速不同而不同。 第五节第五节 马赫数表马赫数表

49、 第五节第五节 马赫数表马赫数表 马赫数表马赫数表(M(M数表数表) )的测量基本原理和的测量基本原理和 基本结构与真空速表基本相同。基本结构与真空速表基本相同。 飞行过程中，如果超过临界马赫数时，飞行过程中，如果超过临界马赫数时， 飞机的空气动力特性将要发生显著变化，飞机的空气动力特性将要发生显著变化， 这会影响到飞机的安全性、操纵性等，这会影响到飞机的安全性、操纵性等， 因此因此飞行员根据指示空速表不能判断飞机所飞行员根据指示空速表不能判断飞机所 受空气动力情况，必须用马赫数表示；在高受空气动力情况，必须用马赫数表示；在高 速飞机上一定要安装速飞机上一定要安装马赫数表马赫数表。 一、功用

50、( M , Ma , Mach Number ) 二、测量马赫数的原理 金城学院民航电子电气专业 M = v / a 飞行速度与当地音速之比 无量纲量 表征空气可压缩性影响的大小 v越大，空气被压缩的越厉害(作用的压力大) a越大，空气越难压缩(可压缩性小) M数是 空气密度变化程度 或 压缩性影响大小 的衡量标志 二、测量马赫数的原理 马赫数只与动压和静压有关，而与温度无关。马赫数只与动压和静压有关，而与温度无关。 马赫数表采用一个真空膜盒测静压，一个开口膜马赫数表采用一个真空膜盒测静压，一个开口膜 盒测动压，经传动机构后指示。盒测动压，经传动机构后指示。 5 .0 5 .0 2 2 2 H

51、 T H t H t P p KgRTK V a V M 真空速真空速 马赫数马赫数 动压动压 静压静压 音速音速 一个开口膜盒感受动压一个开口膜盒感受动压 利用真空膜盒感受静压利用真空膜盒感受静压 指针的指示按马赫数与动静压的关系表示指针的指示按马赫数与动静压的关系表示 经过传动机构使指针指示马赫数的仪表经过传动机构使指针指示马赫数的仪表 马赫数表与真空膜盒的区别 （1）和真空膜盒的特性曲线是不同的）和真空膜盒的特性曲线是不同的 （2）马赫数与气温无关，真空速与气温有关）马赫数与气温无关，真空速与气温有关 （3）马赫数表比真空速增大的要快些。）马赫数表比真空速增大的要快些。 2、马赫数表无气

52、温方法误差，、马赫数表无气温方法误差， 只与动压、静压有关。只与动压、静压有关。 拨杆式马赫数表结构拨杆式马赫数表结构 第六节第六节 全全/静压系统静压系统 全压管一般位于机翼前缘机翼前缘或飞机机头前部， 管前面的开口正对气流正对气流，从而使管中的气流 全部受阻全部受阻，其压力就是全压。 全压经全压室、全压接头和全压导管进入仪表。全压室下部 有排水孔，凝结的水可由排水孔漏掉。 静压孔垂直于气流方向，收集气流的静压。 静压孔位于机身没有紊流的地方，备用的安装在非密封的设 备舱里。静压经静压室、静压接头和静压导管进入仪表。 全/静压管是一流线型的管子，表面十分 光滑，其目的是减少对气流的扰动，以

53、便准确的收集静压。 加温部分用来给全/静压管加温。加温电 阻通电时，能使全/静压管内部保持一定 的温度，防止气流中的水气因气温降低 而在全/静压管内结冰，影响全/静压管的 正常工作。 全/静压管的使用 飞行前检查 （1）全压管和静压孔的布套应取下并检查是否 有脏物堵塞。若发现开口堵塞，应由机务人员 清洁。这些布套都有醒目的红色标志，易于检 查。 （2）全压管和静压孔的电加温，应按规定进行 检查。由于地面没有相对气流散热，通电检查 时间不能太长，一般不超过1-2min，以免烧坏 加热元件。 （3）全、静压转换开关均应放在“正常”位。 空中使用 （1）飞行期间，临近结冰温度时，全压管中的水汽可能

54、会因温度降低而结冰引起堵塞。大、中型飞机应在临 起飞前接通电加温开关。小型飞机则在可能结冰的条 件下飞行时（如有雾、雨、雪等）接通电加温。 （2）静压孔的位置应该使流经其表面的空气尽可能的不 受扰动。但是在一些飞行条件下，特别是当起落架和 襟翼放下后出现大迎角时，静压孔周围的空气可能会 受到扰动，使高度表和空速表出现错误指示。而这些 仪表的精确度对于飞行安全至关重要，因此检查静压 系统的位置误差是飞机审定试飞的一个重要部分。 （3）当正常位失效时，一般应首先检查电 加温是否正常；放至备用位。 （4）如果全/静压系统被堵塞而又没有备 用系统，应根据全/静压系统仪表的工作 原理正确判断受影响的仪表

55、，然后综合 应用其他仪表，保证飞行。 全/静压管堵塞 结冰、脏物及昆虫引起 1）全压管 对真空速表和马赫数表的指示 产生影响。 2）静压孔 对高度的指示和空速表的指示 产生影响。 第七节第七节 大气数据计算机大气数据计算机 一、概述一、概述 二、大气数据计算机的组成类型二、大气数据计算机的组成类型 三、机电模拟式大气数据计算机三、机电模拟式大气数据计算机 四、数字式大气数据计算机四、数字式大气数据计算机 五、参数的计算五、参数的计算 一、概述 总压总压 静压静压 飞行高度飞行高度 高度偏差高度偏差 真实空速真实空速 指示空速指示空速 马赫数马赫数 升降速度升降速度 总温总温 大气静温大气静温

56、统一测量，可以统一测量，可以 得到上述参数得到上述参数 计算计算 计算计算 这些参数可由显示装置显示出来，供驾驶员判 断；也可以通过信号传感器传向各种系统，比 如自动飞行控制系统、导航系统、座舱显示系 统、发动机控制系统、飞行数据记录器、失速 警告系统等。 技术发展技术发展 分立仪表不再分立仪表不再 适应需要适应需要 飞行控制系统飞行控制系统发动机控制系统发动机控制系统 导航系统等导航系统等 大气数据计算机出现大气数据计算机出现 第六节第六节 大气数据计算机大气数据计算机 根据根据传感器传感器得到的少量原始数据，计算得到的少量原始数据，计算 出较多的与大气数据有关的飞行参数的出较多的与大气数据

57、有关的飞行参数的 多输入多输出的多输入多输出的机载综合测量系统机载综合测量系统，就，就 是是大气数据计算机大气数据计算机。具有如下优点：。具有如下优点： 减少大量重复的分立式仪表和传感器，减减少大量重复的分立式仪表和传感器，减 小重量和体积；小重量和体积； 提高了参数的测量精度；提高了参数的测量精度； 检查维护方便，降低了使用成本。检查维护方便，降低了使用成本。 一、概述 但是，其结构复杂，因而可靠性降低。 通常，在装有大气数据系统的飞机上，还装有 主要参数的应急仪表，一些大型飞机上都装有 两套大气数据系统，以增加可靠性。 二、大气数据计算机的组成和类型 组成组成 1、原始参数传感器，提供总压

58、、原始参数传感器，提供总压、 静压、总温和迎角等参数静压、总温和迎角等参数 2、解算装置或计算机，实现参、解算装置或计算机，实现参 数计算修正误差数计算修正误差 3、输出装置，为所需飞行参数、输出装置，为所需飞行参数 信息的系统提供所要求的信息。信息的系统提供所要求的信息。 类型类型 （1）机电模拟式大气数据计算机）机电模拟式大气数据计算机 （2）数字式大气数据计算机）数字式大气数据计算机 （3）混合式大气数据计算机）混合式大气数据计算机 三、机电模拟式大气数据计算机 通过机械和电气元件进行计算，然后输出电气信 号，通过随动系统在指示部分上指示。此类计算 机的制造工艺要求高 ，维护复杂，精度不

59、高。 三、机电模拟式大气数据计算机 组成组成 总压、静压传感器总压、静压传感器 总温传感器总温传感器 迎角传感器迎角传感器 机电模拟式解算装置机电模拟式解算装置 四、数字式大气数据计算机 传感器收集各参数后经A/D转换，将模拟量转换 成计算机能识别的数字量，然后由计算机进行计 算和处理，计算机处理后的数字量又经D/A转换 将计算机输出的数字量转换成各设备需要的模拟 量，然后输出。 数字式大气数据计算机革除了模拟式大气数据计 算机的机械传动机构和电气活动触点，减小了体 积和质量，提高了工作的可靠性和精度，易于维 修，便于实现飞机的综合性计算机管理和控制。 数字式大气数据计算机的组成部分： 传感器

60、 输入接口 中央处理机 输出接口 自检和故障监测系统 四、数字式大气数据计算机 金城学院民航电子电气专业 四、数字式大气数据计算机 1、传感器 压力传感器压力传感器总压和静压总压和静压 总温传感器采用热电阻式温度传感器总温传感器采用热电阻式温度传感器 迎角传感器采用零压式迎角传感器迎角传感器采用零压式迎角传感器 2、输入接口 将各个传感器的输出信号转换将各个传感器的输出信号转换 成计算机所需要的数字量。成计算机所需要的数字量。 频率数字转换器频率数字转换器 模拟数字转换器模拟数字转换器 将交流信号转换成直流信号，再将交流信号转换成直流信号，再A/DC. 3、中央处理机 中央处理机中央处理机 1