大气数据系统课件(中国民航大学)

1、大气数据系统航空电子系2022-3-72022年3月7日大气数据2发动机工作状态测量发动机工作状态测量飞行状态测量飞行状态测量导航系统导航系统飞机电子系统自动飞行飞行管理系统飞行管理系统自动飞行控制系统自动飞行控制系统通信系统通信系统惯性基准系统惯性基准系统大气数据系统大气数据系统无线电仪表无线电导航无线电导航GPSADFVORDMEILS2022年3月7日大气数据3大气数据系统q 概论q 飞行高度及高度变化率的测量q 飞行速度q 全静压系统q 大气数据计算机系统q 大气数据计算机的基本计算方法q 大气数据计算机系统输出及显示仪表2022年3月7日大气数据4大气数据系统q 发展历史 50年代前

2、期，分立式仪表 50年代后期，机载设备相继增多 模拟式中央大气数据计算机 各种模拟器件,伺服系统 70年代,混合式大气数据计算机 80年代,数字式的 大气数据计算机的出现，为飞机提供更多的大气数据参数2022年3月7日大气数据5地球大气层q 对流层（变温层）、平流层（同温层）、中间层、电离层（热层）、散逸层q 对流层：距地球中纬度11km，赤道17km，两极8km包含了大气质量的3/4q 平流层：对流层顶部到离地约30km，温度几乎不变，包含了大气质量的约1/4q 中间层30km到80100km为止，大量的臭氧q 电离层：中间层到离地500km，空气稀薄，听不到声音q 散逸层：离地500160

3、0km之间，也称为外层大气2022年3月7日大气数据6大气紊流q 大气紊流（湍流）： 空气紊乱流动的现象，旋涡和不规则的波动，使得大气中的风向、风速呈随机变化。q 风切变： 空间任意两点之间风矢量的变化q 微下冲气流： 较强的下降气流，飞机在起飞、着陆过程中遇到超过自己爬升或下降速率的下降气流，对飞行的危害最大。2022年3月7日大气数据7大气数据有关的参数q 与大气数据有关的参数 静压：飞机周围自由空气的压力 动压：气流的定向运动具有动能，当气流到达驻点时，动能变为压力能和热能。单位面积上升高的压力称为动压 pd=1/22 为标准大气H高度上的空气密度 冲压：定义与动压相同。区别是：动压是不

4、可压缩的流体的理想定义，而冲压是考虑了空气的可压缩性2022年3月7日大气数据8与大气数据有关的参数 全压：动压和静压之和，即气流到达驻点时，单位面积上的总压力 总温：气流到达驻点时获得的气温叫总温 静温：飞机周围自由空气所具有的温度 攻角：飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵轴之间的夹角（飞机竖轴和纵轴所在平面内测量的角度） 侧滑角：飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵轴之间的夹角（飞机横轴和纵轴所在平面内测量的角度）2022年3月7日大气数据9气流角（空速向量与机体轴系的关系）q 攻角：空速向量在飞机对称面上的投影与机体轴的夹角，以速度向量的投影在机体轴之下为正（飞机的上仰角大于轨迹角为正）；q 侧滑

5、角 ：速度向量与飞机对称面的夹角。以速度向量处于飞机对称面右边时为正。2022年3月7日大气数据10气流角2022年3月7日大气数据11标准大气（一）q 国际标准大气的规定 空气为干燥清洁的理想气体，并遵循理想气体方程所确立的关系 国际标准大气以平均海平面作为零高度 气压为1个标准大气压，气温15，密度为0.125kg/m3q 为便于探讨大气中的压力分布，国际标准大气引用了重力势高度的概念。 重力势表示地球大气层内某一给定点上空气微粒的势能。重力势高度以平均海平面作为重力势高度和几何高度的共同基准。重力势高度又称为标准气压高度。RTMTRP*2022年3月7日大气数据12标准大气（二）q 当空

6、气微粒沿地球法线移动，单位质量所做的功为：d=ghdz= ghdh q 重力势高度：H= /gnq 重力加速度随地理纬度的变化：q 重力势高度与几何高度的关系H=rh/(r+h)0hhg dh 29.80616 10.0026373cos20.0000059cos 2g 2022年3月7日大气数据13标准大气（三）q 每一层大气的温度与重力势高度之间的关系：q 国际标准大气，气压与高度关系：HbT =T + ()bHHbTH=()1nR gHbbpHp2022年3月7日大气数据14大气参数的测量单位q 压力单位 帕斯卡Pa：每平方米的面积上作用有1牛顿的力,1Pa=1N/m2 标准大气atm：

7、1atm=101325Pa 工程大气压at：1at=1Kgf/cm2=9.80665104Pa 巴bar：1bar=106dyn/cm2= 105 Pa 毫米液柱：以液柱高度来表示压力的大小1mmHg=1Torr=1/760atm=133.322Pa1mmH2O=9.80665Pa 磅/英寸2PSi：1PSi=1bf/in2=6.89476103Pa 1米=3.2808398950131英尺, 1英尺=12英寸q 温标 摄氏温标、华氏温标、热力学温标15.273 3259tTtF2022年3月7日大气数据15测试系统的静态动态特性及误差q 输入/输出特性曲线（难以用精确的解析式表示）2022年

8、3月7日大气数据16测试系统的静态动态特性及误差q 串联测试系统用图解法求测试系统的输入输出关系。XXY1Y1Y1Y2Y2Y2YY2022年3月7日大气数据17用图解法求测量环节的特性曲线串联测试系统静态特性曲线 两个测试系统静态特性曲线 2022年3月7日大气数据18测量系统特性描述参数（一）系统的静态误差q 绝对误差 被测参数的给出值与相应的真值之差的绝对值。q 相对误差 标称相对误差：m取测量的指示值 实际相对误差： m取测量的真实值 额定相对误差： m取仪表的满刻度值 最大额定相对误差：额定相对误差的最大值q 基本误差、附加误差和工作误差 基本误差 与标准设备进行对比和校准的差值 附加

9、误差 使用条件偏离标准条件 工作误差 工作环境因素变化情况下的误差极限值m2022年3月7日大气数据19系统的静态误差（二）q 系统误差、随机误差和过失误差 原理误差 构造误差 系统误差(误差恒定不变或按一定规律变 化） 环境误差 人员误差 随机误差 多次测量所得各次的误差 过失误差 测量者读数、记录、计算所造成的误差q 精密度、准确度和精度 误差的反义词q 测量范围、量程 测量上限、下限q 灵敏度 输出量微小变化与输入量微小变化之比2022年3月7日大气数据20测量系统特性描述参数（三）q 分辨率 输出量的每个阶梯所代表的输入量的大小q 迟滞 同一工作条件下，同一参数的测量值正反行程不同q

10、重复性 同一方向多次改变参数时，对同一被测参数所得的输出值之间的接近和重复程度。系统的动态误差在动态测量时输入参数与输出参数之间随时间而变化的函数关系。2022年3月7日大气数据21飞行高度及高度变化率的测量2022年3月7日大气数据22高度定义q 定义飞机的重心在空中距离某一测高基准面的垂直距离。 绝对高度：基准面为实际海平面 相对高度：基准面为某一参考平面 真实高度：基准面为飞机正下方的地面目标之最高点在内的并与地平面平行的平面 标准气压高度：基准面为标准海平面标准气压高度是国际上通用的高度，主要防止同一空域或同一航线上的飞机在同一气压面上飞行，发生两机相撞的可能。2022年3月7日大气数

11、据232022年3月7日大气数据24高度测量方法q 利用大气的物理特性测高 通过测量大气压力（静压）间接测高 通过测量大气密度来测量飞行高度q 利用无线电 波的反射特性测量飞行高度（测真实高度）q 通过测量飞机的垂直加速度，再二次积分得飞行高度lcch2212022年3月7日大气数据25气压式高度表q 利用测量绝对压力的弹性敏感元件来测量大气静压，根据高度与大气静压的关系，利用转换机构输出标准气压高度（相对于标准海平面的重力势高度）真空膜盒、膜盒串、波纹管q 气压式高度表的误差 推导标准气压高度公式时，对标准大气作了一些假设，而实际大气并不完全符合这些假设 推导标准气压高度公式时，假设了标准大

12、气和标准海平面，但实际海平面大气参数与标准海平面大气参数不同 构造误差 压力敏感元件的温度误差 摩擦误差2022年3月7日大气数据26气压高度的测量系统q 高度与大气压力关系为非线性q 为使气压高度系统能用来测量飞机所在处相对于某一参考基准面的相对高度，系统中必须设有气压修正机构，并保证修正量与测高系统输出量之间成线性关系q 选用弹性模数温度系数小的恒弹性合金或熔凝石英2022年3月7日大气数据27机械式气压高度表2022年3月7日大气数据28气压式高度表的使用q 标准气压高度的测量q 绝对高度的测量q 相对高度的测量气压调节旋钮，调节测量高度基准面的大气压力，单位：英寸汞柱、百帕2022年3

13、月7日大气数据29高度传感器用凸轮完成高度解算，凸轮型面决定的从动轴转角与主动轴转角间的函数关系=f(),保证该传感器输出角与高度（H）间是线性关系，=KH 。2022年3月7日大气数据30高度变化率的测量q 飞机平飞，表壳内外气压相等，膜盒不膨胀不收缩，指针指零q 飞机上升，开口膜盒内气压小于膜盒外气压，膜盒收缩，指针上指q 飞机下降，开口膜盒内气压大于膜盒外气压，膜盒膨胀，指针下指2022年3月7日大气数据31飞行速度q 定义当飞机在所选坐标系内运动时，沿其重心运动轨迹切线方向的速度称为飞行速度。q 速度的种类 飞机相对于地球运动的速度 升降速度：飞机重心沿地垂线方向运动的速度分量 地速：

14、飞机重心沿地平面运动的速度分量 飞机相对空气运动的速度(横轴-机翼所在的轴，纵轴-机身轴) 侧滑速度：飞机在垂直截面内横轴相对于气流的运动速度 空速：飞机在纵轴对称面内相对于气流的运动速度2022年3月7日大气数据322022年3月7日大气数据33地速的测量W(地速）=Vt（真空速）+V（风速）q 地速：飞机相对于地面的速度q 风速：空气相对于地面的运动速度q 空速：飞机相对于气流的速度q 地速的测量：线加速度积分法和多卜勒效应法2022年3月7日大气数据34空速的测量q 飞机相对于气流的速度即为气流相对于飞机的速度q 不考虑空气的压缩性（密度、温度不变）时， q 考虑空气的压缩性（密度、温度

15、变化）时，上式不正确。q 空气流速等于或大于音速时会产生激波，状态参数发生很大变化。221Vpd2022年3月7日大气数据35空气流速小于音速时空速测量的理论基础若切面1处空气未受扰动，其压力和密度即为该处静压和空气密度，它与物体相对速度为V，设法使空气流在切面2处全阻滞，所有动能全部转化为压力能和内能。（压力为全压）使用全静压管收集全静压，使切面1处气流不被扰动，2处气流流速为零。211121 (2111 2ttsstPVPkkkkPVP考虑空气压缩性）（不考虑空气压缩性）2022年3月7日大气数据36空气流速小于音速时空速测量的理论基础考虑音速的表达形式：冲压可表示并化解为：K为空气的绝热

16、指数K=1.4ssskPkRTa/2122462422242211122112848121242411212424112kkcssssskVQPakkk Vk VVPaaakPVk VVaaaVk VVaaV24241111440440aaVVMMaa2022年3月7日大气数据37空速与动压的关系qc(9.8Pa)当飞机在同一高度、同一速度飞行时，考虑空气压缩性比不考虑空气压缩性所得的动压大。马赫数为0.60.7时，不考虑空气的压缩性，计算空速时，会造成913%的误差。2022年3月7日大气数据38空气流速大于音速时的空速当空气与飞机间的相对运动速度大于音速时将产生激波，空气在激波前后状态参数

17、差别很大，伯努力方程已经不适用，涉及高速空气动力学知识，推导复杂。52.5222 11238.4591.492171csaaaqVMMM 式中， 为马赫数大于 时，空气压缩性修正系数2022年3月7日大气数据39真空速、指示空速、马赫数q 指示空速将飞机所具有的空速归化为标准海平面上飞机相对于空气的运动速度，即不考虑飞机所在处大气参数随高度而变化的空速。指示空速只与动压有关。q 真空速空气与物体之间相对运动的真实流速，即飞机相对空气运动的真实速度。q 马赫数真空速与当地音速的比值。2022年3月7日大气数据40机械式真空速表原理q 机械式空速表通常不测量大气静温、密度，而是将它们转换为大气静压

18、的测量。在标准大气的情况下，飞机所在处大气参数和标准海平面大气参数的关系为：00000100nnsssRgssRgssPPRTTPTTPPP2022年3月7日大气数据41空速表结构拨杆式组合型空速表结构 2022年3月7日大气数据42空速表q 用开口膜盒测动压，真空膜盒测静压，且都有非线性输入/输出静特性。q 运算通过拨杆、扇形齿轮实现。q 利用粗、细两个指针指示指示空速和真空速2022年3月7日大气数据43指示空速q 如果将真空速中的大气静压、密度（或静温）看作常数，并分别等于国际标准大气中标准海平面上的大气静压、密度（或静温），则所得空速为指示空速。q 指示空速只在标准海平面上与真空速相等

19、。q 指示空速只与动压有关，也称为仪表空速。q 随高度增加，大气密度相对变化量急剧增加，真空速和指示空速差值急剧增加。2022年3月7日大气数据44指示空速的计算0100000002 (2211 112 1dkkcccpVRT kqqVkPqV不考虑空气的压缩性）小于音速时（考虑空气的压缩性）大于音速时式中， 为空气压缩性修正系数指示空速只与动压有关，指示空速表只需开口膜盒。（见p45页图）2022年3月7日大气数据45指示空速与真空速的关系真空速与动压的关系：指示空速与动压的关系：指示空速与真空速的关系：指示空速反映飞机上的空气动力的大小，是操纵飞机，保证飞行安全的重要参数。飞机升力为Y=C

20、Y Spd2 1ctsqV002 1ciqV001 1tisVV2022年3月7日大气数据46马赫数q 对亚音速飞机，在飞机速度小于临界马赫数时，飞机具有速度稳定性q 达到临界马赫数时，飞机焦点后移，出现速度不稳定，反操纵现象q 飞机接近音速时，某些局部可能产生局部激波，阻力急剧增加，将会导致飞机的稳定性和操纵性变坏，甚至产生激波失速。为防止激波失速，必须测量马赫数。2022年3月7日大气数据47马赫数与冲压、静压的关系13.5223.5272.5272.521111 0.2121 1 0.2166.9221711 166.922 71kkcaastascasatasaqkMMppMpqMpM

21、pMpM 马赫数小于或马赫数大于或2022年3月7日大气数据48温度与马赫数的关系q 马赫数仅与动压（或全压）和静压有关，而与大气静温（或大气密度）无关。q 大气总温与静温之间的关系离不开马赫数q 可根据总温和马赫数间接求解大气温度q 马赫数表由皮托管引入全压和静压到开口膜盒和密封壳体中。2211astMkTT2022年3月7日大气数据49马赫数表的结构q 根据真空速与动压、静压、气温的关系和音速与气温的关系，可以求出马赫数与动压、静压的关系。 若保持静压、气温不变，动压增大，真空速必然相应的增大。音速不变，所以马赫数变大；若保持动压、气温不变，静压减小，真空速也必然增大，音速不变，马赫数也要

22、变大；若动压、静压不变，气温升高，则真空速和音速按同样的比例增大，马赫数保持不变。由上面的分析可知：马赫数的大小只由动压和静压来决定，而与气温无关。q 马赫数表就是用一个开口膜盒测量动压，而用一个真空膜盒测量静压，经过传动机构使指针指示马赫数的仪表。 2022年3月7日大气数据50马赫数表与真空速表的不同q 马赫数表利用一个开口膜盒感受动压，利用真空膜盒感受静压，指针的指示按马赫数与动压、静压的函数关系式所表示的关系，随动压的增大而增大，随静压的增大而减小工作的。它的结构与组合型空速表大致相同。 q 马赫数表与组合型空速表的主要区别有以下两点： 从理论上讲，它们的真空膜盒的特性曲线是不同的，马

23、赫数与气温无关，而真空速与气温有关。马赫数与静压的0.5次方成反比；而真空速与静压的0.4次方成反比。马赫数与真空速的这一区别，决定了马赫数表真空膜盒的特性曲线与组盒型空速表中真空速表部分的真空膜盒的特性曲线是不同的。 马赫数表没有气温方法误差，因为马赫数只与动压、静压有关，与气温无关，所以气温变化时，马赫数表没有气温修正。 2022年3月7日大气数据51用于计算各种大气数据信息的原始参数 信号： 决定因素： (Ps)静压 大气压力 (Pt)全压 皮托管压力 (Qc)动压 总压 静压 (ALT) 高度 静压 高度变化率 静压的变化率 (M)马赫数 总压 静压(TAT) 大气总温 总温(SAT)

24、 大气静温 总温 马赫数(IAS)指示空速 总压 静压(CAS)计算空速 总压 静压 SSE(TAS)真空速 总温 马赫数2022年3月7日大气数据52基本补偿q 静压源误差修正(SSEC)：修正因气流流过飞机引起的静压误差。q 空气压缩补偿：修正速度和高度变化引起的皮托管内空气压缩性函数的变化。q 空气密度补偿：修正温度和高度变化时引起的空气密度的变化。2022年3月7日大气数据53空速之间的关系全压静压气压传感器机电传感器静压源误差校正指示空速计算空速空气压缩性补偿空气密度变化补偿当量空速真空速机电传感器总温2022年3月7日大气数据54全静压系统q 全静压系统用来收集气流的全压和静压，并

25、把它们输送给需要全静压的仪表及有关设备。q 全静压管收集全静压的精确程度，与全静压管的结构、飞机迎角、飞行速度有关，大迎角飞行和跨音速飞行时，全静压管收集的全静压不准确。q 全静压系统输送全静压的迅速程度与飞机的升降速度有关，飞行高度迅速改变的过程中，全静压系统输送压力会有延迟。2022年3月7日大气数据55全、静压管结构与特点q 全静压管结构（p53页）2022年3月7日大气数据56全、静压管结构与特点q 亚音速全静压管特点：（p53页） 头部半球形或稍尖，静压孔沿管子某一横截面均匀分布。为准确测量，静压孔至管前端的距离应大致等于全静压管直径的三倍。2022年3月7日大气数据57全、静压管结

26、构与特点q 超音速全静压管特点：（p54页） 管身细长，头部稍尖 管壁薄，平头型 静压孔离前端较远 上部4个孔，下部6个孔，两侧无 后部的延伸管加长，且多装在机头前方2022年3月7日大气数据58应急全、静压孔q 当全静压孔故障失效时，为有仪表提供信息q 结构与一般全静压孔相同，但无静压孔，安装在气流平稳，能正确收集全压的地方q 应急静压孔设在机身表面没有紊流的地方，两个静压孔对称于飞机对称面2022年3月7日大气数据59全静压系统2022年3月7日大气数据60全静压探头和备用静压孔2022年3月7日大气数据61全、静压探头q 全静压管包括全压、静压和加温部分q 全压口位于全静压管的头部正对气

27、流方向q 空气流至全压口时，完全受阻，流速为零q 静压孔位于全静压管周围没有紊流的地方q 加温组件防止气流中的水汽因气温降低而在管内结冰q 全静压管为流线型管子，表面光滑，以便减弱对气流的扰动，准确收集静压。2022年3月7日大气数据62全静压探头排水装置2022年3月7日大气数据63加温组件2022年3月7日大气数据64Boeing737-700全静压系统2022年3月7日大气数据65大迎角飞行时全静压系统仪表的指示特点（一）q 迎角改变，相对气流与全静压管中心线的夹角也改变，因而收集的全、静压改变。迎角越大，夹角越大，全、静压误差也越大。q 迎角增大，全压口收集的全压减小。迎角越大，全压误

28、差越大。由于前端形状的不同，相同情况下，超音速时的误差比亚音速时误差要小。q 亚音速时，迎角增大，下部的静压孔处，因气流受阻而减速，收集的静压增大。上部、侧面的静压孔因气流加速和产生涡流，收集的静压减小，总结果是减小。超音速时，静压基本不变。2022年3月7日大气数据66大迎角飞行时全静压系统仪表的指示特点（二）q 亚音速时，迎角增大，全、静压都减小，动压误差不大；超音速时，全压减小，静压基本不变，故动压减小。q 亚音速，迎角增大时，高度表、真空速表和马赫数表多指，指示空速表误差不明显。q 超音速，迎角增大时，由于静压误差小，高度表误差小。由于动压减小，指示空速表、真空速表和马赫数表少指，误差

29、明显。2022年3月7日大气数据67攻角和侧滑角的测量q 攻角：飞机纵轴（或机翼弦线）与迎面气流角夹角q 侧滑角：飞机横轴与侧向气流间的夹角q 攻角传感器只能测量出传感器所在处的“局部攻角”，与“真实攻角”之间有一“攻角位置误差”2022年3月7日大气数据68攻角传感器 右侧为翼形，左侧为锥形。翼形传感器即旋转风标式传感器，它由一个经过静力平衡的风标(叶片)，传动机构、信号变换器(自整角机或电位计)及固定连结部分等组成。锥形传感器是差动式传感器。它的探测部分主要是一个圆锥形管，在管子对称面(中性面)上开有一条缝隙，以接收迎面来的气流。当气流不在缝隙(气缝)所在的对称面上时，传感器便输出一个角度

30、信号。 飞机的升力系数和阻力系数都取决于攻角的大小，当攻角达到临界攻角时，飞机会发生失速2022年3月7日大气数据691.管路泄漏对仪表显示的影响 （1）静压管在非增压舱泄漏 高度表指示增加，空速指示增加，升降速度表指针跳动一下后指示正确的数值。 （2）静压管在增压舱泄漏 高度表指示减小，空速指示减小，升降速度表指示不确定，取决于增压舱的压力变化率。 （3）全压管在非增压舱或增压舱泄漏 全压管泄漏仅影响空速表的指示，气压高度表和升降速度表不受影响。当全压管在非增压舱泄漏时，显示空速减小；当全压管在增压舱泄漏时，显示空速无法确定。全静压系统的基本故障分析2022年3月7日大气数据70（4）全压管

31、与静压管同时泄漏 空速表指示为零，如果泄露处于非增压舱则气压高度指示增加，升降速度表指示不变；如果泄露处于增压舱则气压高度指示减小，升降速度表指示取决于舱压变化率；2022年3月7日大气数据712.管路堵塞对仪表显示的影响（1）静压管堵塞 爬升：空速指示减小，高度表指示不变，升降速度表指示为零； 下降：空速指示增加，高度表指示不变，升降速度表指示为零；2022年3月7日大气数据72（2）全压管完全堵塞2022年3月7日大气数据73管路堵塞对仪表显示的影响（3）全压管堵塞，排泄孔通畅2022年3月7日大气数据74大气数据计算机系统-功能及要求q 功能测量静压、总压、总温以及参与修正作用的攻角和气

32、源误差，经过解算装置或计算机的运算，输出大量的大气数据信息。q 优势 减少大量的重复仪表和传感器 提高大气数据的计算精度 扩大测量系统的功能，提高系统可靠性q 对大气数据计算机系统的要求： 能利用所测参数计算大气数据信息，应具有不同形式的输出信号 应具有误差修正功能、监控功能和故障告警功能 应具有飞行前后的自检功能；故障诊断、故障隔离功能 应具有快速方便地更换部件和机器的快速拆装能力2022年3月7日大气数据75基本解算关系q 高度的解算（见前述公式）q 马赫数的解算（见前述公式）q 指示空速的解算（见前述公式）q 真空速的解算q 大气密度的解算000000 PTTPTPTPssssss得由t

33、aasaaaTMMTMkRTMaMV22 . 011728.721728.722022年3月7日大气数据76大气数据计算机q组成传感器测量静压传感器、全压传感器、总温传感器、攻角传感器等具有可进行误差修正和补偿的解算装置座舱指示、显示装置及信号输出装置2022年3月7日大气数据77 模拟式ADC对气流的全压、静压和大气全温进行处理，并将计算输出的模拟信号输出到相应的仪表和其它设备。模拟式模拟式ADCADC2022年3月7日大气数据78混合式大气数据计算机混合式大气数据计算机2022年3月7日大气数据79数字式大气数据计算机2022年3月7日大气数据80数字式大气数据计算机-原始参数传感器q 电

34、容式压力传感器q 压阻式压力传感器q 振膜式压力传感器q 总温传感器2022年3月7日大气数据81数字式大气数据计算机-原始参数传感器（一）差动电容式压力测量原理差压为零时，输出为零；差压不为零，输出电压的幅值取决于差压的大小，相位取决于差压的正负。2022年3月7日大气数据82电容量式压力传感器将随压力变化的电容量变换成电压输出。UOUT=X P UR /XR X P ，XR 为被测可变电容和标准参考电容的阻抗放大器参考电压UR参考电容CR固定的3KHz激励电源UR石英膜盒CP输出电压UOUT2022年3月7日大气数据83数字式大气数据计算机-原始参数传感器（二）压阻式压力传感器UOUTUR

35、R1R3R2R42022年3月7日大气数据84振膜式压力传感器在一定的压力范围内，在系统振动质量一定时，谐振频率仅是压力P的函数。2022年3月7日大气数据85全温探头2022年3月7日大气数据86数字式大气数据计算机-输入接口q 多路转换器q 直流电压/数字转换 V-T式A/D转换 双积分式A/D转换 逐次逼近式A/D转换 交/直流转换原理q 频率/数字转换原理 频率测量原理 周期测量原理q 自整角机同步信号/数字转换q 电阻/数字转换多路转换器S/HA/D输入信号的传输2022年3月7日大气数据87数字式大气数据计算机-输出接口q 串行输出接口q 数字直流电压转换电路q 数字交流电压转换q

36、 数字自整角机转换电路2022年3月7日大气数据88ARINC-429总线总线 q 一、ARINC规范 ARINC是美国航空无线电公司的简称。它是由美国的飞机制造厂、航空公司、航运公司及某些外国航空公司组成的。它的主要任务是制定各种规范。q ARINC公司制定的技术规范，即称公司制定的技术规范，即称ARINC规范规范 。q q 向制造厂提供向制造厂提供 q 设备的设计要求设备的设计要求q 将物理特性和电特性最大限度标准化将物理特性和电特性最大限度标准化2022年3月7日大气数据89q二、ARINC429规范 电路结构 发送器 接收器 BPRZ码单向传输 字速率 高速429 100Kbps 低速

37、429 1214kbps 信信息息源源BPRZ三态码三态码数据数据时钟时钟字同步信号字同步信号NRZ数据数据时钟时钟字同步信号字同步信号发送器发送器接收器接收器2022年3月7日大气数据90寂静时间PSSM数数 据据 位位SDI标号位标号位BCD码12412412+/-BNR码码00100000013231302928*1110987654321102代表代表 标号为标号为201CH1CH2CH3CH4CH542184218421842184210000010001000110101292726232219181514110223520481024512*1/161/21/41/8*1/256

38、282726*1413112022年3月7日大气数据91大气数据计算机系统输出2022年3月7日大气数据92数字式大气数据计算机-微处理器程序结构q 基本组成 管理程序 实时的大气数据计算（或其他数学任务）程序 非实时的自检和故障监控程序自检监控程序实时中断服务自检程序限值程序开中断初始化启动YN2022年3月7日大气数据93DADC ARINC706原理方块图 2022年3月7日大气数据94数字式大气数据计算机-36项自检功能 检查输入总温是否在规定的范围内 机型程序检查 检查静压传感器周期计数是否在规定范围 检查静压传感器温度输出范围 检查频/数转换是否完善 ARINC输出端绕回检查 对R

39、AM检查 对ROM检查 指令检查 对CPU检查 攻角比较检查 检查 Ps=Pt（仅在地面功能检查时进行） 备用VMO离散量检查 EPROM读/写检查 静压（或全压）锁相环检查 微处理器计算功能检查2022年3月7日大气数据95大气数据计算机的基本计算方法q 线性插值法 零阶插值 一阶插值 抛物线插值法102010 xxxxCxxCCy iiiiiixxxxyyyxP112022年3月7日大气数据96线性插值点的选取法q 线性插值点的一般选取方法 等距选取法 非等距选取法 分段等距选取法q 最佳非等距选取法2022年3月7日大气数据97实用参数计算（1）q 马赫数的计算 若要求马赫数的分辨率为

40、，则要求 而minmintstasastsatad pppMpdMd pppMpdM minmin0.2860.053tsastad ppdMd ppdM0.0006aM0.000172, 0.0000318tsstppppmaxmax12.060.9725tsstppppmaxmax70116(1630582tstsststpppppppp超出了带符号位数范围）（未超出）2022年3月7日大气数据98实用参数计算（2）q 升降速度的计算 用固定时间间隔内测得的高度变化除以时间（对高度信号的分辨率要求高） 如升降速度精度要求0.5m/s，更新周期0.2s，则0.2s 内至少应该测量0.1m的高

41、度变化；设最大高度30000m，分辨率0.05，则30000/ 0.05=600000，超出计算机单字长。 修改为用： dH/dps可用插值法求取，在所有高度上，对升降速度的要求折算成对静压变化率的要求。更新速率与分辨率之间的矛盾，还可以在硬件上解决。ssssdppdHdHdHdtdpdtdpt2022年3月7日大气数据99实用参数计算（3）q 马赫数变化率的计算 直观方法与升降速度计算相同的问题，故改变计算形式：令 ，则stsstststtstd pppppdMadMaMad ppdtd ppppp1Ma 时1Ma 时ssttpdMaF Mad ppp210.21.4MaF MaMa2271

42、7 1 2MaMaF MaMa2022年3月7日大气数据100传感器静特性校正q 分段线性插值法q 整体拟合校正)(11iiiiiiyyyyxxxx44332210TkTkTkTkkp44332210TkTkTkTkkpiiiiiiyykxyymkmxmxy2022年3月7日大气数据101压力传感器的温度补偿t2022年3月7日大气数据102二维线性插值原理q 先保持y不变，对x进行插值q 再固定y，对x进行插值11111111,ijijjijiiiijijjijiiif xyf x yf x yf x yxxxxf xyf x yf x yf x yxxxx11,jjjjjjf x yf x

43、 yf x yf x yyyyy2022年3月7日大气数据103静压源误差校正（SSEC）q 静压源误差规律q 模拟式大气数据计算机的静压源误差修正 电气修正（见下图） 机械修正 气动修正q 数字式大气数据计算机的补偿方法（软件查表法）123ssLppfMafMa f传感器差动变压器psULUsAMGSSEC2022年3月7日大气数据104大气数据计算机系统及其显示仪表左侧ADIRU向许多系统和部件提供大气数据基准（ADR）数据。ADR数据在ARINC429数据总线上输出。在每条总线上的数据是相同的。一条数据总线从ADIRU的ADR部分到惯性基准IR部分。以下是从左侧ADIRU接收ADR数据的部件和系统： 自动油门（AT）计算机 显示电子组件（DEU）1和2 飞行操纵计算机（FCC）A 飞行数据获取组件（FDAU） 空中交通管制（ATC）1和2 襟翼缝翼电子组件(FSEU） 近地警告计算机（GPWC） 失速管理偏航阻尼器（SMYD）1 座舱压力控制器(CPC)1和2 气象雷达接收机发射机（WXR RT） 飞行管理计算机（FMC）12022年3月7日大气数据105大气数据计算机系统及其显示仪表2022年3月7日大气数据106ADC提供的参数（1）q A AT T计算机计算机ADIRU向AT计算机发送下列ADR数据用于油门指令