第13章 仪表系统2011-1

1、中国民航大学中国民航大学空管学院空管学院13.1 13.1 仪表系统概述仪表系统概述13.2 13.2 大气数据系统仪表大气数据系统仪表13.2 13.2 全全/ /静压系统静压系统13.3 13.3 大气数据计算机系统大气数据计算机系统13.4 13.4 陀螺与罗盘系统陀螺与罗盘系统13.5 13.5 电子仪表系统电子仪表系统13.6 13.6 飞行数据记录系统飞行数据记录系统13.1仪表系统概述13.1.1 13.1.1 航空仪表的分类：航空仪表的分类：l飞行仪表飞行仪表l指示飞行器在飞行中的运动参数，如陀螺仪表、加指示飞行器在飞行中的运动参数，如陀螺仪表、加速度仪表和气压式仪表等。速度仪

2、表和气压式仪表等。 l发动机仪表发动机仪表l用于检查和指示发动机工作状态，如转速表、压力用于检查和指示发动机工作状态，如转速表、压力表、温度表和流量表等。表、温度表和流量表等。 l其他飞机系统仪表其他飞机系统仪表 l用于指示飞机的其他系统（如液压、燃油、空调、用于指示飞机的其他系统（如液压、燃油、空调、起落架等）或设备的运行情况。起落架等）或设备的运行情况。（1 1）飞行仪表）飞行仪表 飞行仪表飞行仪表包括：包括：l大气数据系统仪表、姿态系统仪表、航向系统仪表和指大气数据系统仪表、姿态系统仪表、航向系统仪表和指引系统仪表。引系统仪表。大气数据系统仪表大气数据系统仪表有：有：l高度表、升降速度表

3、、指示空速表、马赫数表、大气静高度表、升降速度表、指示空速表、马赫数表、大气静温表和空气总温表等；温表和空气总温表等；姿态系统仪表姿态系统仪表有：有：l地平仪、转弯仪和侧滑仪等；地平仪、转弯仪和侧滑仪等；航向系统仪表航向系统仪表有：有：l磁罗盘、陀螺罗盘和陀螺磁罗盘等；磁罗盘、陀螺罗盘和陀螺磁罗盘等；指引系统仪表指引系统仪表有：有：l姿态指引仪、水平指引仪等。姿态指引仪、水平指引仪等。 （2 2）发动机仪表发动机仪表发动机仪表是指发动机工作系统中的各发动机仪表是指发动机工作系统中的各种参数测量仪表。种参数测量仪表。l转速表转速表(低压涡轮和高压涡轮转速表低压涡轮和高压涡轮转速表)、l压力比表压

4、力比表(或推力表或推力表)和排气温度表和排气温度表(两表用于两表用于涡轮喷气或涡轮风扇发动机涡轮喷气或涡轮风扇发动机)、l燃油压力表、燃油油量表、燃油流量表、燃油压力表、燃油油量表、燃油流量表、l滑油压力表、滑油温度表、滑油油量表、滑油压力表、滑油温度表、滑油油量表、l发动机振动指示器、发动机振动指示器、l油门指位表等。油门指位表等。 （3 3）其他飞机系统仪表）其他飞机系统仪表 飞机的增压系统有：飞机的增压系统有：l座舱高度表、压差表、空气流量表、升降速度表和温度座舱高度表、压差表、空气流量表、升降速度表和温度表等；表等；飞机液压系统有：飞机液压系统有：l各种压力表和液压油油量表等；各种压力

5、表和液压油油量表等；灭火系统有：灭火系统有：l各种压力表；各种压力表；起落架收放位置表、襟翼位置表；起落架收放位置表、襟翼位置表；飞机电气设备有：飞机电气设备有：l电流表、电压表、频率表等。电流表、电压表、频率表等。其他飞机系统仪表通常位于驾驶舱的顶板上。其他飞机系统仪表通常位于驾驶舱的顶板上。 13.1.2 13.1.2 航空仪表的发展历程航空仪表的发展历程 一、机械仪表阶段一、机械仪表阶段 二、电气仪表阶段二、电气仪表阶段 三、机电式伺服仪表阶段三、机电式伺服仪表阶段 四、综合指示仪表阶段四、综合指示仪表阶段 五、电子综合仪表阶段五、电子综合仪表阶段 机电式综合仪表及其布局机电式综合仪表及

6、其布局 左、右分别为正、副驾驶员的飞行仪表，中左、右分别为正、副驾驶员的飞行仪表，中间是发动机仪表间是发动机仪表 驾驶舱电子综合仪表驾驶舱电子综合仪表 液晶显示器液晶显示器(LCD)取代了彩色阴极射线管取代了彩色阴极射线管( CRT)， 13.1.3 13.1.3 航空仪表的布局航空仪表的布局 无论分离式仪表显示数据的格式，还是综合无论分离式仪表显示数据的格式，还是综合仪表显示数据的格式都遵循：仪表显示数据的格式都遵循：l基本基本“T”型格式。型格式。 （1 1）分离式仪表）分离式仪表“T”T”布局布局 六、仪表六、仪表T T型布局型布局（2 2）电子综合仪表的）电子综合仪表的“T”T”型布型

7、布局局 仪表的T型布局现代飞机综合电子仪表系统综合电子仪表系统电子飞行仪表系统电子飞行仪表系统电子集成飞机监控系统电子集成飞机监控系统13.2 13.2 大气数据系统仪表大气数据系统仪表大气数据系统大气数据系统是测量是测量大气状态参数大气状态参数，经计算输出，经计算输出飞行状态参数飞行状态参数的设备。的设备。 l大气状态参数：大气状态参数：总温、静压、总压和迎角。l飞行状态参数：飞行状态参数：气压高度、指示空速升降速度、马赫数、真空速、总温Tt、静温Ts。大气数据系统仪表包括大气数据系统仪表包括：l高度测量与气压高度表；高度测量与气压高度表；l空速及其指示仪表；空速及其指示仪表；大气数据系统的

8、输入参数大气数据系统的输入参数大气数据系统输入参数包括:l总温、静压、总压和迎角。l总压和静压由全静压系统测量。l将来流的速度无摩擦地滞止到飞机的速度时，对应的压强和温度分别称为总压和总温。l总温指示是外界气温与全部冲压空气温升值之和。13.2.1 13.2.1 气压高度表气压高度表 气压式高度表气压式高度表l通过测量大气压力来测量飞行高度的仪表。通过测量大气压力来测量飞行高度的仪表。l其实质是一种测量大气绝对压力的压力表。其实质是一种测量大气绝对压力的压力表。一、高度分类及其定义一、高度分类及其定义： 飞行高度飞行高度是飞行性能中的一个重要参数，它是飞行性能中的一个重要参数，它表示：飞机到某

9、一基准水平面的铅垂距离，表示：飞机到某一基准水平面的铅垂距离，简称简称高度高度，通常以英尺或米为单位。，通常以英尺或米为单位。 飞机上的高度表常用的是气压式高度表飞机上的高度表常用的是气压式高度表：大：大气压强随高度升高而减小，根据标准大气压强随高度升高而减小，根据标准大气中压强气中压强与高度一一对应的关系，高度表测出压强大小，与高度一一对应的关系，高度表测出压强大小，就可以表示高度的高低，这种高度称为就可以表示高度的高低，这种高度称为气压高度气压高度。 气压高度的分类及其定义气压高度的分类及其定义 气压高度的分类及其定义气压高度的分类及其定义（续）（续） 绝对高度：绝对高度：从飞机重心到实际

10、海平面（修正的海从飞机重心到实际海平面（修正的海平面气压平面）的垂直距离；平面气压平面）的垂直距离； 相对高度：相对高度：从飞机到某一指定参考平面（例如机从飞机到某一指定参考平面（例如机场平面）的垂直距离；场平面）的垂直距离； 标准气压高度：标准气压高度：以标准海平面以标准海平面(760(760毫米汞柱高毫米汞柱高) )为为基准面，飞机重心到该基准面的高度；基准面，飞机重心到该基准面的高度；真实高度：真实高度：从飞机到其所在位置正下方地面的垂从飞机到其所在位置正下方地面的垂直距离。直距离。 飞行中需根据需要调整气压高度表的基准面。飞行中需根据需要调整气压高度表的基准面。在在起飞起飞着陆时用着陆

11、时用相对高度相对高度；航线飞行航线飞行时用时用标准气标准气压高度压高度；航测、空投及越障航测、空投及越障时常应用时常应用真实高度真实高度。 二、气压高度表的基本工作原理二、气压高度表的基本工作原理飞机所在处的大气静压一般由全、静压管飞机所在处的大气静压一般由全、静压管（也称（也称“皮托管皮托管”）的管道引入。）的管道引入。基本原理：基本原理：l气压与高度成单值函数关系，所以测量气压反气压与高度成单值函数关系，所以测量气压反映高度映高度l利用利用弹性真空膜盒感受气压弹性真空膜盒感受气压，膜盒位移反映气，膜盒位移反映气压大小，经传送部分指示高度压大小，经传送部分指示高度l以以760mmHG/101

12、3mb760mmHG/1013mb为测高基准为测高基准，指针指，指针指零高度。零高度。 气压高度表原理气压高度表原理根据国际标准大气规定，气压与气压高根据国际标准大气规定，气压与气压高度一一对应。因此，测得气压即由两者度一一对应。因此，测得气压即由两者的对应关系得到气压高度。例如，当气的对应关系得到气压高度。例如，当气压高度小于压高度小于36089ft36089ft时，存在：时，存在：其中，其中，p p0 0是标准海平面压强，是标准海平面压强， p p0 0=29.9213=29.9213英寸汞柱。英寸汞柱。 0.190263101454421 ()ppHp测量原理：根据标准大气压中气压（静压

13、）与高度对应关系，测量气压的大小，就可以表示出高度的高低。气压高度表气压高度表电动电动气压高度表气压高度表电动气压高度表指示高度范围从电动气压高度表指示高度范围从-1,000-1,000到到50,00050,000英尺。英尺。工作原理：工作原理：电动气压高度表接收从电动气压高度表接收从ADC来的高度信号。高度信号来的高度信号。高度信号经机械式的气压修正后，通过伺服放大器放大驱动数字式高经机械式的气压修正后，通过伺服放大器放大驱动数字式高度显示和模拟式高度指针指示。度显示和模拟式高度指针指示。 高度表指示说明数字窗数字窗显示当前高度。显示当前高度。 高度指针高度指针 气压调定控制电门气压调定控制

14、电门修正气压调定值。修正气压调定值。气压调定窗气压调定窗以毫巴或英寸汞柱为单位。以毫巴或英寸汞柱为单位。基准高度游标基准高度游标用基准高度游标控制电门人用基准高度游标控制电门人工调定所需基准高度。工调定所需基准高度。 基准高度游标控制电门基准高度游标控制电门人工调定基准高度游标。人工调定基准高度游标。测量原理：高度的变化率（或称垂直速度）就是单位时间内飞机高度的变化量。通过测量静压变化率的方法得到，也可通过惯性基准系统测得的垂直加速度通过积分得到。 飞机高度发生变化，气压也随着变化；气压变化快慢，可以表示飞机高度变化的快慢，即升降速度的大小。因此测量出气压变化的快慢，就能表示出飞机的升降速度。

15、“0”表示飞机平飞“0”以上表示飞机爬升“0”以下表示飞机下降13.2.2 13.2.2 升降速度表升降速度表13.2.3 13.2.3 空速及其指示仪表空速及其指示仪表 空速空速是指飞机在纵轴对称面内相对于气流的运动速是指飞机在纵轴对称面内相对于气流的运动速度，空速度，空速分为分为真空速真空速、指示空速指示空速、计算空速计算空速等。等。有关参数定义为：有关参数定义为：静压（静压（P Ps s）飞机周围静止空气压力。飞机周围静止空气压力。动压（动压（Q Qc c）空气相对物体运动时所具有的动能转化空气相对物体运动时所具有的动能转化而来的压力。而来的压力。全压（全压（P Pt t）空气在皮托管里

16、全受阻时的压力，包括空气在皮托管里全受阻时的压力，包括静压和动压。静压和动压。高度（高度（ALTALT）飞机相对某一基准面的垂直距离。飞机相对某一基准面的垂直距离。静温（静温（SATSAT）飞机周围静止空气的温度。飞机周围静止空气的温度。大气总温（大气总温（TATTAT）大气静温加上由于气流摩擦生热和大气静温加上由于气流摩擦生热和温度探头前气流受压缩而上升的温度。也称温度探头前气流受压缩而上升的温度。也称全受阻温全受阻温度。度。有关参数定义（续）有关参数定义（续）马赫数（马赫数（M M）真空速与本地音速之比。真空速与本地音速之比。指示空速（指示空速（IASIAS）- -空速表根据动压计算的空速

17、，未空速表根据动压计算的空速，未经任何补偿，也称经任何补偿，也称表速表速。IASIAS是动压是动压q q的单值函数，的单值函数，测量动压便能反映测量动压便能反映IASIAS的大小。的大小。计算空速（计算空速（CASCAS）补偿了补偿了静压源误差后的指示空静压源误差后的指示空速速。（即：。（即： IASIAS修正了气源误差（修正了气源误差（SSESSE）及非线性）及非线性误差后为误差后为CASCAS（校准空速）。）（校准空速）。）真空速（真空速（TASTAS）补偿了补偿了由于空气密度和压缩性变由于空气密度和压缩性变化所引起的误差后的化所引起的误差后的计算空速。计算空速。二、测量空速的基本原理 测

18、量出测量出气流速度气流速度，即可测出，即可测出空速空速。流动的空气具有动。流动的空气具有动压，通过压，通过测量动压测量动压可计算空速。可计算空速。 当气流相对于飞机运动时，在正对气流运动方向的当气流相对于飞机运动时，在正对气流运动方向的飞机表面上，气流完全受阻，速度降低到零。在此条件飞机表面上，气流完全受阻，速度降低到零。在此条件下，气流分子的规律运动全部转化为分子的热运动，气下，气流分子的规律运动全部转化为分子的热运动，气流的动能全部转化为压力能和内能，因而空气的温度升流的动能全部转化为压力能和内能，因而空气的温度升高，压力增大。这个压力叫做高，压力增大。这个压力叫做全受阻压力全受阻压力P

19、PT T。（简称全。（简称全压或总压）。压或总压）。全压与静压之差，叫做全压与静压之差，叫做动压动压P Pd d 。动压的大小与气流速度等因素有关，利用开口膜盒动压的大小与气流速度等因素有关，利用开口膜盒在动压的作用下膨胀，带动指针指示。因此在动压的作用下膨胀，带动指针指示。因此指针的指示指针的指示可以反映气流速度的大小可以反映气流速度的大小。空速管的结构空速管的结构 空速表空速表 测量原理：根据空速与动压的关系，利用开口膜盒测量动压，从而得到指示空速指示空速。13.2.4 马赫数表 当飞行的马赫数超过临界马赫数时，必当飞行的马赫数超过临界马赫数时，必须用马赫数表来测量马赫数的大小，使飞行须用

20、马赫数表来测量马赫数的大小，使飞行员在高速飞行时能正确地操纵飞机，保证飞员在高速飞行时能正确地操纵飞机，保证飞行安全。行安全。 马赫数的大小只由动压和静压来决定，马赫数的大小只由动压和静压来决定，而与气温无关。而与气温无关。马赫数表就是用一个开口膜马赫数表就是用一个开口膜盒测量盒测量动压动压，而用一个真空膜盒测量，而用一个真空膜盒测量静压静压，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。 马赫数表原理马赫数表原理在亚音速时，由流体力学的总在亚音速时，由流体力学的总/ /静压关系方程：静压关系方程：l其中，其中，k k是绝热指数，对于空气是绝热指数，对于空气k=1.4

21、k=1.4； pt为总为总压；压；p p为静压。由式可见，只要已知总压和静压为静压。由式可见，只要已知总压和静压即可得到马赫数。总压和静压由全静压系统测得。即可得到马赫数。总压和静压由全静压系统测得。 12112kktpkMp马赫空速表马赫空速表 结构与测量原理与空速表基本相同。13.213.2全全/ /静压系统静压系统 全全/ /静压系统功用静压系统功用收集并传送全压和静压。收集并传送全压和静压。全全/ /静压系统组成部分：静压系统组成部分：全全/ /静压探头静压探头收集全静压。收集全静压。加温电阻丝加温电阻丝防止空气中的水分，在高防止空气中的水分，在高空全空全/ /静压口处结冰。静压口处结

22、冰。管路管路铝管和软管。铝管和软管。全全/ /静压管（探头）静压管（探头） 传感器测量装置传感器测量装置（1 1）全）全/ /静压管（探头）静压管（探头） （2 2）总温探头）总温探头 （3 3）迎角传感器）迎角传感器 探头迎角传感器迎角传感器总压孔总压孔静压孔静压孔总温探头总温探头全静压系统四个全静压系统：机长的、副驾驶的、四个全静压系统：机长的、副驾驶的、一号辅助和二号辅助系统。一号辅助和二号辅助系统。 一个备用静压系统一个备用静压系统 主全静压系统的压力由机身前部的四个皮托和静压探头共主全静压系统的压力由机身前部的四个皮托和静压探头共同提供。每个探头提供一个动压和两个静压输入。同提供。每

23、个探头提供一个动压和两个静压输入。所有静压系统交叉连接所有静压系统交叉连接 全静压系统堵塞或结冰会对飞行管理计算机、自动油门、马赫/空速表、高度表、垂直速率表、飞行控制计算机、近地警告系统、应答机高度报告等系统造成影响。13.313.3大气数据计算机系统大气数据计算机系统ADCSADCSDADCDADC与分立式仪表相比，优点有：与分立式仪表相比，优点有： 延迟误差小：延迟误差小： 计算速度快计算速度快; ;能完善补偿各种误差；能完善补偿各种误差； 监控能力强；监控能力强； 能诊断故障源，便于维修能诊断故障源，便于维修; ; 重量轻，经济等。重量轻，经济等。13.3.1 13.3.1 传感器元件

24、传感器元件 一、温度传感器 温度传感器又称总温度传感器又称总温探头，是大气数据计温探头，是大气数据计算机重要的信号源算机重要的信号源，装，装在机身外部没有气流扰在机身外部没有气流扰动的蒙皮上，其对称轴动的蒙皮上，其对称轴与飞机纵轴平行。与飞机纵轴平行。 总温探头不是大气总温探头不是大气数据计算机的部件。数据计算机的部件。总温总温飞行中飞行中, ,由于飞机相对空气运动由于飞机相对空气运动, ,会使气流受阻会使气流受阻, ,温度升高温度升高, ,升高的温度叫动力温度升高的温度叫动力温度, ,它与空气静温之和叫它与空气静温之和叫全受阻温度全受阻温度或总温或总温。大气数据计算机中大气数据计算机中温度传

25、感器温度传感器的作用就是测量总温的作用就是测量总温, ,所以所以又称为又称为总温传感器。总温传感器。感温电阻的电阻值与总温相对应感温电阻的电阻值与总温相对应, ,该电阻值经电路转换该电阻值经电路转换, ,输出与总温相对应的电压值。输出与总温相对应的电压值。温度指示温度指示现代飞机上在ECAM的下显示器（SD）的下部显示出总温和静温。传感器元件（续）传感器元件（续）二、气流角度传感器 右图为测量迎角右图为测量迎角()()和侧滑角和侧滑角()()，通，通常将传感器设计成能伸常将传感器设计成能伸出到飞机外的气流中，出到飞机外的气流中，但安装处应无扰动气流。但安装处应无扰动气流。常用的传感器通常有两常

26、用的传感器通常有两种形式如图所示种形式如图所示 。 迎角 叶片具有对称的剖面形状，故在飞行中它始终停留在使其本身的对称面与气流速度平行的方向上。传感器相当飞机的纵轴平行安装，所以叶片旋转的角度就是飞机迎角。迎角传感器迎角传感器 13.3.2 13.3.2 数字式大气数据计算机数字式大气数据计算机 数字式大气计算机（DADC）可实现:从各传感器采集数据后进行运算处理、显示及记录，还可为自动飞行控制系统提供所需的数据。 DADC以微处理机为核心，是典型的综合测量系统。它靠少量的传感器获得基本信息，通过微处理机计算出高度、空速、马赫数、升降速度等十几个至上百个有用的参数。数字式大气数据计算机 机上装

27、有两台大气数据计算机，每部计算机接收相应飞行员全静压系统的全压（又称总压）和静压输入。大气数据计算机将这些压力信号转化为电信号，这些信号被用于控制不同的飞行仪表和飞机系统。只要交流汇流条有电，大气数据计算机就有电。 一、大气数据计算机的基本原理一、大气数据计算机的基本原理 数字式大气数据计算机数字式大气数据计算机接收接收全压全压、静压静压和和总温总温信号、信号、迎角传感器迎角传感器信号和信号和气气压校正压校正信息，并根据这些信号计算出信息，并根据这些信号计算出高高度、计算空速、真空速、马赫数、升降度、计算空速、真空速、马赫数、升降速率速率、和静温和静温、动压动压、全压全压、迎角迎角等等. .提

28、供给各显示部件、警告部件、飞行控提供给各显示部件、警告部件、飞行控制系统、飞行管理计算机及惯导系统等。制系统、飞行管理计算机及惯导系统等。 二、二、DADCDADC主要输入主要输入/ /输出输出DADC主要输入：DADC主要输出：全压； 高度；静压； 计算空速；总温； 真空速；攻角（迎角）； 马赫数；气压（BARO）修正。升降速度； 静温。13.413.4陀螺和姿态仪表陀螺和姿态仪表飞机上的很多系统和设备，例如地平仪、航飞机上的很多系统和设备，例如地平仪、航向陀螺、惯性导航系统等，都是利用陀螺原向陀螺、惯性导航系统等，都是利用陀螺原理工作的。理工作的。 飞机姿态仪表飞机姿态仪表主要是指主要是指

29、测量飞机姿态角和姿测量飞机姿态角和姿态角速度的一些仪表，态角速度的一些仪表，包括包括地平仪、转弯仪地平仪、转弯仪和侧滑仪和侧滑仪姿态仪表姿态仪表为飞行员和机载电子设备，如自动为飞行员和机载电子设备，如自动飞行控制系统等，提供俯仰角、倾斜角和转飞行控制系统等，提供俯仰角、倾斜角和转弯角弯角角速度等参数。角速度等参数。 飞机的俯仰角、倾斜角和偏航角称为姿态角。俯仰角是飞机纵轴和地平面的之间的夹角；倾斜角是飞机对称面与铅垂面的之间的夹角；偏航角是航向角的偏差。地平仪测量和显示飞机在空中的俯仰角和倾斜角；转弯仪和侧滑仪能鉴别飞机在空中有无转弯和侧滑现象。 13.4.113.4.1陀螺陀螺1.陀螺分类（

30、1）按原理分为： 机电型框架陀螺 激光陀螺 粒子陀螺等（2）按自由度分为：l 按转子所具有的转动自由度的数目： 三自由度 二自由度陀螺仪l按用于测量的测量轴的数目来分。 两自由度 单自由度陀螺仪 13.4.1.1 13.4.1.1 三自由度陀螺仪三自由度陀螺仪一、陀螺的基本概念 陀螺：是绕一支点高速旋转的物体。泛指测量运动物体相对惯性空间旋转的装置。三自由度陀螺由转子、内框、外框组成；转子均匀对称的飞轮，在内框中高速旋转，其旋转轴称为自转轴，旋转角速度称为自转角速度；内框可以绕内框轴X相对外框自由旋转； 外框可以绕外框轴Y相对支架（表壳）自由转动；内框轴X和外框轴Y转动的角速度叫牵连角速度。二

31、、陀螺的种类转子、内框、外框，能绕三个互相垂直的轴旋转的陀螺，为三自由度陀螺。只有转子和内框，且只能绕两个互相垂直的轴自由旋转的陀螺，称为二自由度陀螺 三、三、陀螺基本特性陀螺基本特性 注意问题：陀螺有哪些特性？ 三自由度陀螺主要有两个基本特性：稳定性和进动性。两自由度陀螺只具有进动性，不具有稳定性。1、稳定性 三自由度陀螺保持其自转轴（或动量矩矢量）相对惯性空间方位不变的特性。 三自由度陀螺的稳定性的两种表现形式：定轴性和章动。（1 1）定轴性）定轴性 当三自由度陀螺转子高速旋转后，若当三自由度陀螺转子高速旋转后，若不受外不受外力矩的作用力矩的作用，不管基座如何转动，支撑在万向支，不管基座如

32、何转动，支撑在万向支架上的陀螺仪自转轴架上的陀螺仪自转轴指向惯性空间的方位不变指向惯性空间的方位不变，这种特性叫这种特性叫“定轴性定轴性”。（2 2）章动章动章动现象：章动现象：当陀螺受到当陀螺受到瞬时冲击力矩后，瞬时冲击力矩后，自转自转轴在原位附近做微小的轴在原位附近做微小的圆锥运动，圆锥运动，其其转子轴的转子轴的大方向基本不变大方向基本不变。 章动时圆锥运动的频率章动时圆锥运动的频率较高（常数），但振幅较高（常数），但振幅随冲量矩的增大而增大，随冲量矩的增大而增大，一般情况下振幅很小。一般情况下振幅很小。章动为章动为0 0时即为定轴性。时即为定轴性。 2 2、进动性、进动性 当外力矩M矢量

33、沿内框轴方向时，陀螺绕外框轴转动；相反，当外力矩M矢量沿外框轴方向时，陀螺绕内框轴转动。陀螺仪总是绕着与外力矩矢量相垂直的方向的转动，这一特性称三自由度陀螺的进动性，其转动角速度叫做进动角速度。陀螺陀螺陀螺基本特性陀螺基本特性定轴性定轴性进动性进动性13.4.1.2 13.4.1.2 二自由度陀螺仪二自由度陀螺仪 二自由度陀螺仪可用来测量飞机的角运动，二自由度陀螺仪可用来测量飞机的角运动，如如速度陀螺仪速度陀螺仪，转弯仪转弯仪，陀螺继电器陀螺继电器等。等。角速角速度传感器度传感器主要用来主要用来测量测量飞机飞机绕机体各轴的转动绕机体各轴的转动角速率角速率，即俯仰角速率、倾斜角速率和偏航角，即俯

34、仰角速率、倾斜角速率和偏航角速率。这些角速率速率。这些角速率主要用于主要用于向自动驾驶仪，偏向自动驾驶仪，偏航阻尼器、机载雷达系统航阻尼器、机载雷达系统提供稳定和阻尼信息提供稳定和阻尼信息。速度（率）陀螺仪原理速度（率）陀螺仪原理 组成：二自由度陀螺；平衡弹簧；阻尼器。工作原理：二自由度陀螺的测量轴与内框轴和自转轴均垂直，是速度陀螺仪的输入轴，仪表可以测出绕该轴的角速度。 积分陀螺仪积分陀螺仪 积 分 陀 螺积 分 陀 螺仪的基本组成仪的基本组成与速度陀螺仪与速度陀螺仪大致相同但没大致相同但没有平衡弹簧。有平衡弹簧。积分陀螺仪可积分陀螺仪可测出测出飞机的角飞机的角位移位移。 13.4.1.3激

35、光陀螺目前，目前，B747-400B747-400、B757B757、B767B767、B737-300B737-300、A310A310等飞机上均使用了等飞机上均使用了激光陀螺激光陀螺。激光陀螺仪激光陀螺仪是一种完全取消了机械转子的新是一种完全取消了机械转子的新型陀螺仪，它是型陀螺仪，它是利用激光原理利用激光原理工作的，能工作的，能测测量旋转角速率量旋转角速率。激光陀螺独特优点激光陀螺独特优点结构简单，没有活动的机械转子；结构简单，没有活动的机械转子；角速度测量范围很宽，从角速度测量范围很宽，从0.010.01度度/ /小时到小时到10001000度秒以上；度秒以上；测量精度很高，可达到测量

36、精度很高，可达到0.0010.001度度/ /小时。小时。起动很快。一般陀螺需要几分钟的起动准起动很快。一般陀螺需要几分钟的起动准备；备；工作可靠，寿命长，总成本不高等。工作可靠，寿命长，总成本不高等。激光陀螺仪激光陀螺仪 三角行程的激光陀螺由激光器及其供电电源、两个全反射镜、一个半透半反镜及合光棱镜、光电检测器、频率计、可逆计数器和显示器等组成。 激光陀螺激光陀螺把测量腔体的把测量腔体的旋转角速率问题归结为旋转角速率问题归结为测量测量正、反行波的谐振正、反行波的谐振频率差频率差。 激光陀螺中，把正、反激光陀螺中，把正、反向行波从半透半反镜透向行波从半透半反镜透过的一部分光，过的一部分光，由合

37、光由合光棱镜棱镜经过不同的路径汇经过不同的路径汇聚在一起，聚在一起，形成移动的形成移动的干涉条纹干涉条纹。用。用光电二极光电二极管管( (或三极管或三极管) )把干涉条把干涉条纹移动的快、慢变成脉纹移动的快、慢变成脉冲电信号冲电信号，再，再记录这些记录这些脉冲信号脉冲信号，以，以确定腔体确定腔体转动的角速度转动的角速度。 13.4.2 13.4.2 转弯仪侧滑仪转弯仪侧滑仪转弯仪侧滑仪功用：转弯仪侧滑仪功用：指示转弯方向；指示转弯方向；指示转弯的快慢；指示转弯的快慢；V V一定条件下无侧滑转弯的倾斜角。一定条件下无侧滑转弯的倾斜角。1 1、转弯仪、转弯仪指示飞机的指示飞机的转弯方向，转弯方向，

38、粗略反映飞粗略反映飞机转弯的快机转弯的快慢程度。慢程度。2 2、侧滑仪、侧滑仪 侧滑仪侧滑仪用来及时发现用来及时发现侧滑侧滑。侧滑仪是用单摆原理。侧滑仪是用单摆原理制成的，其敏感部分是一个小球，可在弯曲的制成的，其敏感部分是一个小球，可在弯曲的玻璃管中自由滚动。管内装有透明的阻尼液玻璃管中自由滚动。管内装有透明的阻尼液( (如甲苯如甲苯) )，对小球的运动起阻尼作用。侧滑仪，对小球的运动起阻尼作用。侧滑仪一般与转弯仪安装在一起，配合使用。一般与转弯仪安装在一起，配合使用。转弯协调仪（两自由度陀螺）13.4.3 13.4.3 航空航空( (陀螺陀螺) )地平仪地平仪 1.功能：测量飞机的俯仰角和

39、倾斜角。l俯仰角是飞机纵轴和地平面的之间的夹角；l倾斜角是飞机对称面与铅垂面的之间的夹角；2.原理 将单摆和陀螺两者相结合，用单摆的位置去控制陀螺的自转轴跟踪地垂线，利用陀螺的稳定性保持地垂线。地坪仪（三自由度陀螺）地坪仪（三自由度陀螺） 地坪仪的测量原理地坪仪的测量原理一、一、 直读式地平仪：直读式地平仪： 直读式地平仪直读式地平仪由陀螺内框、外框、陀螺转子和指由陀螺内框、外框、陀螺转子和指示部分组成。示部分组成。 由小飞机和人工地平线之间的相对由小飞机和人工地平线之间的相对位置关系反映飞机的俯仰角和倾斜角。位置关系反映飞机的俯仰角和倾斜角。地平仪的安装地坪仪地坪仪地平仪地平仪二、远读地平仪

40、二、远读地平仪 远读地平仪远读地平仪比直读地平仪有较大的改进，将传感比直读地平仪有较大的改进，将传感器和指示器分成两个独立的部件，而且还使用了陀螺器和指示器分成两个独立的部件，而且还使用了陀螺继电器继电器( (即角速度传感器即角速度传感器) )和俯仰角指示器。和俯仰角指示器。 三、备用姿态仪（三自由度陀螺）三、备用姿态仪（三自由度陀螺）四、姿态指引仪四、姿态指引仪13.4.4 13.4.4 航向及罗盘系统航向及罗盘系统 将一根磁针悬挂起来，使悬挂点通过磁将一根磁针悬挂起来，使悬挂点通过磁铁垂心，则可以发现磁针不能保持水平。在铁垂心，则可以发现磁针不能保持水平。在北半球，磁针北半球，磁针N N极

41、下倾，南半球极下倾，南半球S S极下倾，磁极下倾，磁针倾斜的原因是地磁强度的方向不与水平面针倾斜的原因是地磁强度的方向不与水平面平行。地磁强度（平行。地磁强度（H HT T）与水平面的夹角叫做）与水平面的夹角叫做磁倾角磁倾角。越靠近地磁极，磁倾角越大。越靠近地磁极，磁倾角越大。地地磁强度在水平面内的分量为地磁水平分量磁强度在水平面内的分量为地磁水平分量（H HN N），它所在的线称为磁子午线），它所在的线称为磁子午线，磁针在，磁针在地磁水平分量的作用下指出磁子午线的方向。地磁水平分量的作用下指出磁子午线的方向。 一、磁罗盘一、磁罗盘 磁罗盘磁罗盘的内部装有可以的内部装有可以自由转动的磁条自由转

42、动的磁条和和固定固定在磁条上的在磁条上的0 0o o -360 -360o o刻度盘刻度盘，而且刻度盘的，而且刻度盘的0 0o o (N)- (N)-180180o o(S)(S)线与磁条一致，让磁条的北极线与磁条一致，让磁条的北极(N(N极极) )指向指向180180o o 方向，南极方向，南极(S(S极极) )指向指向0 0o o 方向。在磁罗盘的方向。在磁罗盘的表表壳上还固定有航向标线壳上还固定有航向标线，它，它代表飞机的纵轴线代表飞机的纵轴线位置。位置。当飞机航向改变后，磁条和刻度环不动，表壳上的当飞机航向改变后，磁条和刻度环不动，表壳上的航向标线随飞机一起转动，相对于刻度盘转动一定航

43、向标线随飞机一起转动，相对于刻度盘转动一定角度。这样，航向标线在刻度盘上所对的刻度读数角度。这样，航向标线在刻度盘上所对的刻度读数就是磁子午线与飞机纵轴在水平面上的夹角，即飞就是磁子午线与飞机纵轴在水平面上的夹角，即飞机的机的磁航向磁航向 磁罗盘磁罗盘通过感受地磁场来测量飞机的磁航向。 三自由度陀螺仪的在惯性空间具有定轴性，三自由度陀螺仪的在惯性空间具有定轴性，将陀螺自转轴置于水平位置，并调整到指北方向，将陀螺自转轴置于水平位置，并调整到指北方向，并以它作为航向测量基准，可以指示出飞机的航并以它作为航向测量基准，可以指示出飞机的航向。向。 由于陀螺自转轴不能自动找北，只起到半个由于陀螺自转轴不

44、能自动找北，只起到半个罗盘的作用，故称为陀螺半罗盘。罗盘的作用，故称为陀螺半罗盘。陀螺罗盘主要由三自由度陀螺、刻度盘、航向指标、水平修正器和方位修正器等部分组成。二、陀螺半罗盘 三、远读式陀螺罗盘三、远读式陀螺罗盘 远读式陀螺罗盘由传感器、指示器、操纵远读式陀螺罗盘由传感器、指示器、操纵台、等部分组成。台、等部分组成。 这种罗盘的传感器实际上也就是一个这种罗盘的传感器实际上也就是一个陀陀螺罗盘螺罗盘。传感器能直接指示航向，并在立轴。传感器能直接指示航向，并在立轴上上采用角同步传送装置采用角同步传送装置，发送航向信号，使，发送航向信号，使指示器再现传感器的指示。指示器再现传感器的指示。 磁罗盘具

45、有自动定向的特性，但稳定磁罗盘具有自动定向的特性，但稳定性差；陀螺半罗盘有很好的稳定性，但不性差；陀螺半罗盘有很好的稳定性，但不能自动定向。能自动定向。 将磁罗盘和陀螺罗盘结合在一起构成将磁罗盘和陀螺罗盘结合在一起构成陀螺磁罗盘，可以测量稳定的磁航向。陀螺磁罗盘，可以测量稳定的磁航向。四、陀螺磁罗盘陀螺磁罗盘（续）陀螺磁罗盘（续） 磁罗盘优缺点：磁罗盘优缺点：优点：有自动定向能力优点：有自动定向能力; ;缺点：稳定性差。缺点：稳定性差。陀螺罗盘优缺点：陀螺罗盘优缺点：优点：稳定性好；优点：稳定性好；缺点：无自动定向能力。缺点：无自动定向能力。 充分利用两者的优点，避开两者的缺点，组成了陀螺磁罗

46、充分利用两者的优点，避开两者的缺点，组成了陀螺磁罗盘系统。输出磁航向修正后的陀螺航向。陀螺磁罗盘将磁罗盘系统。输出磁航向修正后的陀螺航向。陀螺磁罗盘将磁罗盘和陀螺半罗盘结合在一起。磁传感器受地磁场的作用，可盘和陀螺半罗盘结合在一起。磁传感器受地磁场的作用，可以测量飞机的磁航向，并利用磁电位器输出航向信号去控制以测量飞机的磁航向，并利用磁电位器输出航向信号去控制陀螺机构的航向输出，使指示器指示出飞机的磁航向。陀螺陀螺机构的航向输出，使指示器指示出飞机的磁航向。陀螺机构既是磁传感器的机构既是磁传感器的“指示器指示器”，又是指示器的传感器。，又是指示器的传感器。 五、五、罗盘系统 飞机上除了磁罗盘、

47、陀螺半罗盘和陀螺磁飞机上除了磁罗盘、陀螺半罗盘和陀螺磁罗盘外，还有天文罗盘等。罗盘外，还有天文罗盘等。 由两个以上不同原理的罗盘所组成的工作由两个以上不同原理的罗盘所组成的工作系统叫系统叫罗盘系统罗盘系统，或叫，或叫航向系统航向系统。仪表罗盘。仪表罗盘( (陀螺磁罗盘、陀螺罗盘陀螺磁罗盘、陀螺罗盘) )的磁航向和无线电的磁航向和无线电罗盘的电台方位可以在同一个指示器上指示，罗盘的电台方位可以在同一个指示器上指示，这个指示器称为这个指示器称为无线电磁指示器（无线电磁指示器（RMIRMI）。）。13.5 13.5 电子仪表系统电子仪表系统电子仪表系统电子仪表系统EISEIS(Electronic

48、(Electronic Instrument system)Instrument system)用电子显示取代传用电子显示取代传统的机械仪表指示统的机械仪表指示, ,在现代飞机上被广泛在现代飞机上被广泛采用。采用。电子仪表系统电子仪表系统EISEIS分为两部分分为两部分, ,一部分是一部分是电子飞行仪表系统电子飞行仪表系统EFISEFIS (Electronic (Electronic Fiight Instrument system);Fiight Instrument system);另一部分另一部分是是发动机指示和机组警告系统发动机指示和机组警告系统EICASEICAS (Engine

49、Indication and Crew (Engine Indication and Crew Alerting System) Alerting System) 。EFISEFIS主要包括主要包括电子姿态指引指示器电子姿态指引指示器EADIEADI和和电子电子水平状态指示器水平状态指示器EHSIEHSI 。在在A320A320上，上，EFISEFIS主要包括主要包括主飞行显示器主飞行显示器PFDPFD (Primary Flight Display)(Primary Flight Display)和和导航显示器导航显示器NDND (Navigation Display)(Navigation

50、 Display)。 EADIEADI与与PFDPFD功能对应功能对应； EHSIEHSI与与NDND功能对应功能对应。在在A320A320上，上，ECAMECAM主主要包括要包括发动机与警告显示器发动机与警告显示器E/WDE/WD (Enginc and Warning Display) (Enginc and Warning Display)和和飞机飞机系统显示器系统显示器SD SD （System Display)System Display)。 EICASEICAS与与ECAMECAM功能相当。功能相当。B737B737EIS A320A320EIS EADIEADI和和EHSIEHS

51、I的位置的位置 （B737B737）EIS (A320)EIS (A320)左仪表板上装有左仪表板上装有PFD1、ND1,右仪表板上装有右仪表板上装有PFD2和和ND2 ,中央仪表板上装有中央仪表板上装有E/WD和和SD。 13.5.2 EFIS13.5.2 EFIS的组成的组成 EFIS包括（B737）EFIS的组成？的组成？l两个符号发生器SG（A320显示管理计算机DMC）l两个控制面板l两个电子姿态指示器EADI（ A320）l两个电子水平状态指示器EHSI（ A320）l外界光线传感组件 EFIS组成框图 EFIS由：方式控制板、符号发生器、显示器和光传感器组成。13.5.2.1 符

52、号发生器符号发生器包括微处理器、存储器、光栅和字符发生器、输入/输出接口。B737-300有两个符号发生器，它们是电子飞行仪表系统的核心部分。符号发生器接收EFIS控制面板及飞机各相关系统的输入数据，进行模/数转换、比较、字符产生、图像生成，然后送到电子姿态指示器EADI和电子水平状态指示器EHSI进行适当的视频显示。 13.5.2.2 B737300 EFIS控制面板每个符号发生器与一个EFIS控制面板相连。飞行组使用相应的EFIS控制面板选择电子水平状态指示器的显示方式、显示可选项、显示范围及电子姿态指示器决断高基准和电子水平状态指示器气象雷达显示选项。飞行组还可通过EFIS控制面板调节电

53、子姿态指示器、电子水平状态指示器和气象雷达的显示亮度。 EFIS控制面板EHSI亮度控制亮度控制(内圈内圈) 气象雷达电门气象雷达电门按压：显示气象雷达信息按压：显示气象雷达信息决断高基准指示器决断高基准指示器显示选择的决断高。显示选择的决断高。决断高选择电门。决断高选择电门。 决断高复位电门决断高复位电门电子姿态指示器亮度控电子姿态指示器亮度控制制EHSI亮度控制亮度控制(外圈外圈) EHSI方式选择电门方式选择电门 EHSI范围选择电门范围选择电门选择地图、中心地图、计选择地图、中心地图、计划和气象雷达显示的划和气象雷达显示的范围范围(海里海里)。 地图电门地图电门(1) OR/ADF：显

54、示OR和/或ADF相应的方位径向线。(2) 助航设备(NAV AID)： (3)机场(ARPT)：显示电子水平状态指示器的地图视线范围内所有FMC数据库里的机场。(4)航路数据(RTE DATA)：显示每一个有效航路点的高度限制(如适用)和预达时间。(5)航路点(WPT)：显示FMC数据库中不在飞行计划航路的航路点。13.5.3 13.5.3 电子姿态指示器电子姿态指示器EADIEADI注意问题：注意问题：电子姿态指示器显示哪些信息？电子姿态指示器显示哪些信息？电子姿态指示器电子姿态指示器主要显示与主要显示与操纵系统操纵系统和和自动飞行自动飞行系统系统有关的信息。有关的信息。 与与操纵系统有关

55、的信息操纵系统有关的信息包括：包括：姿态姿态（俯仰和水（俯仰和水平）、平）、飞行指引指令飞行指引指令、航线道偏离航线道偏离和和下滑道偏离下滑道偏离等常规显示。等常规显示。与与自动飞行系统有关的信息自动飞行系统有关的信息包括：包括：飞机速度飞机速度（最（最小速度、校验空速、标牌速度等）、小速度、校验空速、标牌速度等）、俯仰限制俯仰限制、马赫数马赫数、地速地速、决断高决断高、无线电高度警戒无线电高度警戒和和无线无线电高度电高度。 EADIEADI正常显示正常显示EADIEADI一般在画面的中部显示空地球背景，一般在画面的中部显示空地球背景，飞机俯仰和倾斜及其指引信息等。飞机俯仰和倾斜及其指引信息等

56、。 EADIEADI显示描述显示描述飞机姿态飞机姿态、速度速度、ILSILS指引指引和和姿态指引姿态指引等等快速动态变化且需飞行员快速动态变化且需飞行员快速反应的主要飞行参数快速反应的主要飞行参数。飞行方式通告飞行方式通告空速空速高度高度( (气压高度及无线电气压高度及无线电高度高度) )及垂直速度、风切变及垂直速度、风切变警告信息警告信息航向及航迹航向及航迹飞机姿态及引导信息飞机姿态及引导信息无线电导航信息无线电导航信息(ILS(ILS，DME)DME)气压高度基准值气压高度基准值马赫数马赫数显示数据：显示数据：13.5.5.113.5.5.1电子姿态指示器电子姿态指示器EADI EADI

57、飞行方式信号显飞行方式信号显示（通告牌）示（通告牌）坡度角指示器和坡度角指示器和刻度刻度( (白色白色) )飞机符号飞机符号( (黑底白黑底白框框) )地平线和俯仰刻地平线和俯仰刻度度( (白色白色) )当前马赫数当前马赫数( (白色白色) )电子姿态指示器电子姿态指示器EADIEADI 地速(白色)： 俯仰限制指示器(黄色)：指示开始抖杆俯仰姿态。飞行指引指令杆(洋红色电子姿态指示器电子姿态指示器EADIEADI 下滑道指针和偏离刻度(洋红色/白色)(1)指针指示下滑道位置(2)刻度指示偏离 决断高(绿色)电子姿态指示器电子姿态指示器EADIEADI11 无线电高度(白色)(1)离地高度25

58、00英尺以下显示无线电高度(2)离地高度2500英尺以上显示空白12 升高的跑道(绿色)(1)航向道指针出现且无线电高度有效时显示。(2)无线电高度在离地高度200英尺以下时，朝飞机符号上升。电子姿态指示器电子姿态指示器EADIEADI13 航向道指针和偏离刻度(洋红/白色)(l)指针指示航向道位置(2)刻度指示偏离14 速度带15 侧滑指示器指示转弯过程中外侧滑或内侧滑。电子姿态指示器电子姿态指示器EADIEADI16 无线电高度警戒(白色)(1)下降至离地高度2500英尺时显示17 无线电高度表 (1)飞机在或低于离地高度1000英尺时显示电子姿态指示器电子姿态指示器EADIEADI（续）

59、（续）18 18 快快/ /慢显示慢显示( (刻刻度度- -白色，指针白色，指针- -洋洋红色红色) )(1)(1)指针根据自动油指针根据自动油门的数据移动门的数据移动(2)(2)人工控制推力时，人工控制推力时，随着油门指令而变随着油门指令而变化。化。19 19 真空速真空速( (白色白色) )以海里以海里/ /小时为单位小时为单位显示大气数据计算显示大气数据计算机的真空速。数字机的真空速。数字范围从范围从101101至至999999海海里里/ /小时。小时。EADIEADI的显示参数含义的显示参数含义: :速度带速度带决断速度决断速度V1 (绿色绿色) FMC/MCP指令速度指令速度(洋红色

60、洋红色) 抬前轮速度抬前轮速度Vr(绿色绿色) 决断速度决断速度V1 (绿色绿色) 速度带刻度速度带刻度(白色白色) FMC/MCP指令速度指令速度(洋红色洋红色) 最小机动速度最小机动速度(黄色黄色) 抖杆速度抖杆速度(红色和黑色红色和黑色)EADIEADI的显示参数含义的显示参数含义: :速度带速度带13.襟翼零机动速度襟翼零机动速度(绿色绿色)11.滚动数字显示滚动数字显示(白色白色)12.空速趋势箭头空速趋势箭头(绿色绿色)13.FMC/MCP指令速度指令速度(洋红色洋红色)13.7.最大飞行速度最大飞行速度(红色红色和黑色和黑色)15.高速抖动限制高速抖动限制16.标牌速度标牌速度(