第1章 航空仪表基础

1、民航飞机电气仪表及通信系统民航飞机电气仪表及通信系统（仪表部分）（仪表部分）课程名称：课程名称：主讲：桑保华 南京航空航天大学民航南京航空航天大学民航/ /飞行学院飞行学院 授课方法：讲授与讨论相结合 联系电话E-mail:飞行技术专业主干课程飞行技术专业主干课程第一章第一章: : 航空仪表基础航空仪表基础 简要介绍航空仪表的分类、在座舱中的布局方简要介绍航空仪表的分类、在座舱中的布局方式以及航空仪表技术的发展。式以及航空仪表技术的发展。 第二章第二章: : 大气数据仪表大气数据仪表 介绍各种飞行高度的定义，气压式高度表、无介绍各种飞行高度的定义，气压式高度表、无线电

2、高度表的测量原理和认读方法；介绍空速表、线电高度表的测量原理和认读方法；介绍空速表、指示空速表、马赫数表及升降速度表等速度仪表的指示空速表、马赫数表及升降速度表等速度仪表的测量原理和认读方法。测量原理和认读方法。 本册共分本册共分5 5章内容章内容 u介绍一类重要的惯性传感器介绍一类重要的惯性传感器陀螺的基陀螺的基本原理。本原理。u介绍转弯仪、侧滑仪和航空地平仪等典型介绍转弯仪、侧滑仪和航空地平仪等典型的姿态测量仪表。的姿态测量仪表。u介绍主流民航飞机上的主飞行显示器。介绍主流民航飞机上的主飞行显示器。第三章第三章: : 测量飞机姿态的仪表测量飞机姿态的仪表 第四章：测量飞机航向的仪表第四章：

3、测量飞机航向的仪表 u若干航向的定义。若干航向的定义。u基于地磁及陀螺原理，介绍磁罗盘、陀螺半罗盘和陀螺基于地磁及陀螺原理，介绍磁罗盘、陀螺半罗盘和陀螺磁罗盘。磁罗盘。u主流民航飞机上的导航显示器。主流民航飞机上的导航显示器。第五章第五章: 发动机仪表发动机仪表u介绍若干发动机参数的测量原理及相应的测量仪表，包介绍若干发动机参数的测量原理及相应的测量仪表，包括压力表、温度表、油量表、流量表、转速表、振动指示括压力表、温度表、油量表、流量表、转速表、振动指示器等。器等。u介绍主流民航飞机上使用的发动机指示与机组告警系统。介绍主流民航飞机上使用的发动机指示与机组告警系统。第第1 1章章 航空仪表基

4、础航空仪表基础测量、计算和自动调节航空器的运动状态以及动力装置的工作状态。航空仪表的功用航空仪表的功用航空仪表航空仪表是航空器(本书专指民用飞机)上全部仪表的总称。 航空仪表种类繁多，且主要安装在飞机驾驶舱仪表航空仪表种类繁多，且主要安装在飞机驾驶舱仪表板和操纵台上。板和操纵台上。 图图1.1.1 Cessna-172型飞机座舱仪表型飞机座舱仪表图图1.1.2 Boeing-737NG型飞机座舱仪表型飞机座舱仪表图图1.1.3 Airbus-320型飞机座舱仪表型飞机座舱仪表航空仪表的分类（按功能分类）航空仪表的分类（按功能分类）飞行仪表飞行仪表(驾驶领航仪表驾驶领航仪表) 发动机仪表发动机仪

5、表 其他设备仪表其他设备仪表航空仪表的分类（按原理分类）航空仪表的分类（按原理分类）测量仪表测量仪表计算仪表计算仪表调节仪表调节仪表在感受被测物理量的基础上，经过转换在感受被测物理量的基础上，经过转换(一种一种物理量转换成另一种物理量物理量转换成另一种物理量)、传送、传送(改变空改变空间位置间位置)，然后指示其参数。，然后指示其参数。测量仪表测量仪表典型的测量仪表有：典型的测量仪表有：大气数据系统仪表大气数据系统仪表( (高度类仪表、速高度类仪表、速度类仪表、大气静温度类仪表、大气静温/ /总温表等总温表等) )、姿态系统仪表姿态系统仪表( (地平仪、转弯仪、侧地平仪、转弯仪、侧滑仪等滑仪等)

6、 )、航向系统仪表、航向系统仪表( (磁罗盘、磁罗盘、陀螺磁罗盘等陀螺磁罗盘等) )。 典型的测量仪表有：典型的测量仪表有：航空发动机上，有如下测量仪表：燃油航空发动机上，有如下测量仪表：燃油/ /滑油油量表、燃油滑油油量表、燃油/ /滑油压力表、燃油流滑油压力表、燃油流量表、滑油温度表、振动指示器等。针量表、滑油温度表、振动指示器等。针对活塞式发动机，有螺旋桨转速表、进对活塞式发动机，有螺旋桨转速表、进气压力表、气缸头温度表等；针对涡轮气压力表、气缸头温度表等；针对涡轮螺旋桨发动机，有低压螺旋桨发动机，有低压/ /高压涡轮转速表、高压涡轮转速表、扭矩表、排气温度表等；针对涡轮喷气扭矩表、排气

7、温度表等；针对涡轮喷气发动机，有推力表、喷气温度表等。发动机，有推力表、喷气温度表等。按照一定的数学关系式，经过自动计算指按照一定的数学关系式，经过自动计算指示其参数。示其参数。典型的计算仪表有：典型的计算仪表有：大气数据计算机、惯性导航系统等。大气数据计算机、惯性导航系统等。它的工作过程除含有测量仪表的几它的工作过程除含有测量仪表的几个环节外，还包括计算环节个环节外，还包括计算环节在测量和计算某一对象在测量和计算某一对象(如飞机的运动或工如飞机的运动或工作状态作状态)的基础上，对它进行自动调节的基础上，对它进行自动调节(即自即自动控制动控制)，使其按预定的规律工作。，使其按预定的规律工作。典

8、型的调节仪表有：典型的调节仪表有：偏航偏航/ /滚转阻尼器、马赫数配平系统、滚转阻尼器、马赫数配平系统、自动飞行系统、自动油门等自动飞行系统、自动油门等仪表安装位置仪表安装位置 驾驶舱仪表板（左、中、右、顶部）、操驾驶舱仪表板（左、中、右、顶部）、操纵台、其它一些纵台、其它一些需需要安装仪表的地方要安装仪表的地方安装在便于准确测量被测参数的地方安装在便于准确测量被测参数的地方大多安装在电子设备舱大多安装在电子设备舱仪表板排列原则l驾驶领航仪表：常用驾驶领航仪表：常用“T”T”形布局形布局l发动机仪表：便于观察、比较，与发动机发动机仪表：便于观察、比较，与发动机位置对应位置对应综合显示仪表一般布

9、局现代民用飞机大多装备了综合显示系统。将若干分立式仪表改用阴极射线管(CRT)显示器或液晶(LCD)显示器综合显示。1.机长外侧PFD显示2.机长内侧ND显示3.上显示EICAS组件4.副驾驶内侧PFD显示 5.副驾驶外侧ND显示6.下显示EICAS组件航空仪表的发展-机械仪表阶段 机械、分立、直读式。结构简单、工作可靠、机械、分立、直读式。结构简单、工作可靠、成本低廉、准确性差成本低廉、准确性差航空仪表的发展航空仪表的发展-电气仪表阶段电气仪表阶段航空仪表的发展-综合自动化仪表l 综合指示、数量减少综合指示、数量减少航空仪表的发展-电子显示仪表l综合化、数字化、标准化、多功能；时分制、综合化

10、、数字化、标准化、多功能；时分制、显示信息量大、自动化程度高显示信息量大、自动化程度高航空仪表的未来发展l综合化、智能化、充分考虑人机工效等综合化、智能化、充分考虑人机工效等航空器运动状态参数描述航空器运动状态参数描述 飞机运动状态参数描述飞机运动状态参数描述 将飞机视为刚体，以飞机将飞机视为刚体，以飞机重心为原点，从机头贯穿到机重心为原点，从机头贯穿到机尾的机身轴线定义为纵轴尾的机身轴线定义为纵轴(Ox(Ox轴轴) )，一般指向机头为正；定，一般指向机头为正；定义从左翼通过重心到右翼并与义从左翼通过重心到右翼并与纵轴垂直的轴定义为横轴纵轴垂直的轴定义为横轴(Oy(Oy轴轴) )，一般指向右侧

11、为正。，一般指向右侧为正。显然，这两根轴同处在一个平面内。通过重心并和Ox、Oy轴相垂直的轴定义为立轴或竖轴(Oz轴)。显然，Oz轴位于飞机的纵向对称面内。飞机在空中的运动可在横轴、纵轴和立轴三个方向分解为沿此三轴的平动和绕三轴的转动。 航空器运动状态参数描述航空器运动状态参数描述 飞机运动状态参数描述飞机运动状态参数描述 飞机在铅垂平面内的运动，称为纵向运动；反之，则飞机在铅垂平面内的运动，称为纵向运动；反之，则称为横侧运动。飞机绕机体纵轴、机体横轴和机体立轴称为横侧运动。飞机绕机体纵轴、机体横轴和机体立轴的转动，分别称为滚转的转动，分别称为滚转(roll)(roll)、俯仰转动、俯仰转动(

12、pitch)(pitch)和偏航和偏航(yaw)(yaw)。飞行员通过在座舱操纵各类驾驶杆、盘和方向舵。飞行员通过在座舱操纵各类驾驶杆、盘和方向舵脚蹬来操纵飞机，使其改变原有的运动状态。脚蹬来操纵飞机，使其改变原有的运动状态。 对于固定翼飞机而言，不可能沿对于固定翼飞机而言，不可能沿x x轴的反向运动轴的反向运动( (直直升机则可以升机则可以) )。沿三轴其他方向的平动则都是可能的。沿。沿三轴其他方向的平动则都是可能的。沿着着OyOy方向的平动将使飞机产生侧滑运动，沿着方向的平动将使飞机产生侧滑运动，沿着OzOz方向的方向的平动将使飞机产生上升或下降运动。平动将使飞机产生上升或下降运动。航空器

13、运动状态参数描述航空器运动状态参数描述 飞机运动状态参数描述飞机运动状态参数描述 一般可将飞机在空中飞行的状态用以下几类参数描述：一般可将飞机在空中飞行的状态用以下几类参数描述：(1)(1)反映飞机位置的参数。如飞行高度反映飞机位置的参数。如飞行高度( (相对某一参照物的相对某一参照物的高度、真实高度等高度、真实高度等) )；飞机的位置；飞机的位置( (如经纬度、相对某一导如经纬度、相对某一导航点的位置航点的位置) )。(2)(2)反映飞机飞行速度的参数反映飞机飞行速度的参数( (如空速、地速、上升如空速、地速、上升/ /下降速下降速度、马赫数等度、马赫数等) )。(3)(3)反映飞机飞行姿态

14、的参数。在机体坐标系内，有相对于反映飞机飞行姿态的参数。在机体坐标系内，有相对于地面的俯仰角、滚转角、偏航角；在气流坐标系内，有迎地面的俯仰角、滚转角、偏航角；在气流坐标系内，有迎角、侧滑角等。角、侧滑角等。(4)(4)反映飞机姿态变化率的参数，如滚转角速度、俯仰角速反映飞机姿态变化率的参数，如滚转角速度、俯仰角速度、偏航角速度等。度、偏航角速度等。航空器运动状态参数描述航空器运动状态参数描述 飞机运动状态参数描述飞机运动状态参数描述 对于上述各类飞行状态参数，需要根据对于上述各类飞行状态参数，需要根据各参数的物理特性，借助各种传感测量各参数的物理特性，借助各种传感测量技术，再基于现代电子电气

15、技术和计算技术，再基于现代电子电气技术和计算机技术进行变换、传输、计算及显示。机技术进行变换、传输、计算及显示。 航空器运动状态参数描述航空器运动状态参数描述 发动机状态参数描述发动机状态参数描述 目前航空发动机有两大类：航空目前航空发动机有两大类：航空活塞发动机和航空燃气涡轮发动机。活塞发动机和航空燃气涡轮发动机。 前者多用于小型低速飞机上，后前者多用于小型低速飞机上，后者则广泛应用于各类高速飞机上。者则广泛应用于各类高速飞机上。航空器运动状态参数描述航空器运动状态参数描述 1. 航空活塞发动机基本原理和状态参数描述航空活塞发动机基本原理和状态参数描述 活塞发动机不能直接产生使飞机前进的推力

16、或拉力，必须带动空气螺旋桨(飞机)或旋翼(直升机)，前者产生推力、拉力，后者产生升力和拉力。空气螺旋桨一般由二叶、三叶或多叶桨叶组成。螺旋桨高速旋转时，将空气推向后方，按照牛顿第三定律，空气对桨叶施加反作用力，从而产生推力。 航空器运动状态参数描述航空器运动状态参数描述 1. 航空活塞发动机基本原理和状态参数描述航空活塞发动机基本原理和状态参数描述 活塞发动机在工作时，活塞不断重复进气、压缩、膨胀和排气4个行程。进气行程是将气缸内充满新鲜的油气混合气，通过压缩行程将气体压力、温度升高。在压缩行程末期，电嘴跳火，混合气燃烧释放出热能，气体压力、温度急剧升高，从而推动活塞做功，完成膨胀行程。最后经

17、排气行程将废气从气缸派出。排气行程结束后，又重复进行下一个工作循环。航空器运动状态参数描述航空器运动状态参数描述 1. 航空活塞发动机基本原理和状态参数描述航空活塞发动机基本原理和状态参数描述 活塞式发动机需要测量的运行状态参数包括：(1)发动机本体的各类温度(如气缸头温度、排气温度)、发动机转速、发动机振动状态等。这类参数对于监控活塞发动机的工作正常与否具有重要意义。(2)燃油的压力、油量和流量。(3)滑油的压力和温度。燃油、滑油系统是发动机重要的附件系统。一般的活塞式发动机仪表配置图一般的活塞式发动机仪表配置图航空器运动状态参数描述航空器运动状态参数描述 2.航空燃气涡轮发动机基本原理和状态参数描述航空燃气涡轮发动机基本原理和状态参数描述 现代大型民用飞机发动机大多装备了涡轮风扇发动机或涡轮喷气发动机。以涡喷发动机为例，主要由进气道、压气机、燃烧室