大气数据系统：第2讲 飞行高度及高度变化率测量

1、大气数据系统（飞行高度及高度变化率的测量）*第2/共36高度定义及分类*第3/共36高度定义及分类飞行高度：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。*第4/共36高度测量方法1.利用大气的物理特性测量高度通过测量大气压力（静压）间接测高 大气压力、密度均随高度的增加而减小，具有一定的规律可循。因而可以通过测试大气压力或密度测

2、量飞机的飞行高度。 通过测试大气压力来测量飞机高度的仪表称为气压式高度表，是广泛应用的飞行仪表。通过测量大气密度来测量飞行高度*第5/共36高度测量方法2.利用无线电波的反射特性测量飞行高度（测真实高度）*第6/共36高度测量方法3.通过测量飞机的垂直加速度，再二次积分得飞行高度在地垂线方向安装加速度计，感测飞机的垂直加速度，在初值已知的情况下，通过二次积分计算飞机的飞行高度。此方法通过惯性仪表进行，称为惯性高度表。*第7/共36气压式高度表1.基本原理根据气压与高度的关系可知，重力势高度是pH、pb、Tb和的函数。因此，通过测量飞机所在处的大气压力，即可通过计算得知飞机相对于海平面的重力势高

3、度或气压高度。*第8/共36气压式高度表气压高度表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）气压高度表用真空膜盒、膜盒串、波纹管来感测大气静压。由于高度与气压之间存在非线性，故需要解算装置。*第9/共36气压式高度表2.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*第10/共36气压式高度表的误差原理误差（气压方法误差

4、、气温方法误差、温度梯度误差）：*第11/共36气压方法误差由于实际海平面大气压力与标准大气压力不同相对误差为：*第12/共36气温方法误差实际海平面温度与标准海平面温度不同相对误差为：*第13/共36温度梯度误差实际温度梯度与标准温度梯度不同相对误差为：*第14/共36构造误差温度误差气压表在常规环境下加工，而工作范围在正负60度，因而将引起各种参数改变。温度误差可用静压和高度来表示用静压表示温度误差：用高度表示温度误差：*第15/共36构造误差可见，因温度造成的误差由两部分组成。第一部分完全由温度变化，与高度无关；第二部分由高度和温度同时引起。其规律见21页图2-5。*第16/共36构造误

5、差摩擦误差由于机械部件间相互接触而引起摩擦，造成弹性敏感零件位移误差，从而引起仪表指示的不准确。*第17/共36气压高度的测量系统高度与大气压力关系为非线性，因而要求测量系统中有相应的非线性环节来解算两者之间的函数关系。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*第18/共36气压高度的测量系统选用敏感材料时，使用弹性模数温度系数小的恒弹性合金或熔凝石英*第19/共36机械式气压高度表*第20/共36气压式高度表的使用利用气压高度表，可以测量标准气压高度、绝对高度和相对高度。标准气压高度的测量调节手

6、柄，指出760mmHg刻度，指针将指出标准气压高度。绝对高度的测量调节手柄，指出海平面大气压，指针将指出绝对高度。相对高度的测量调节手柄，指出机场气压，指针将指出相对高度。*第21/共36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 。*第22/共36高度变化率的测量：基本原理高度变化率是单位时间内飞机高度的变化量，也称垂直速度、升降率等。飞行高度的变化，可以用气压的变化来测量。飞机升降速表利用毛细管将气压变化的速度变换成压力差，通过开口膜盒测量压力差，并驱动指示机构指示升降速度。*第23/共36高度

7、变化率的测量：基本原理膜盒内外的压力差，反应了飞机外部与表壶内部之间的压力差。飞机平飞，表壳内外气压相等，膜盒不膨胀不收缩，指针指零*第24/共36高度变化率的测量：基本原理飞机上升，膜盒内气压小于膜盒外气压，膜盒收缩，指针上指飞机下降，膜盒内气压大于膜盒外气压，膜盒膨胀，指针下指*第25/共36 飞机平飞，膜盒内外没有压力差，仪表指示为零。*第26/共36 飞机上升，由于毛细管阻滞作用，膜盒外压力大于内压力，指示上升。*第27/共36飞机由上升改为平飞时，表壳中的空气逐渐向外流动，指针逐渐回零。*第28/共36高度变化率的测量：压力差与升降速度的关系(1)毛细管两端压力差与升降速度的关系 空

8、气在管内流动,流速不同.设内摩檫力(F),接触面积(A),动力黏度(),速度梯度(dv/dr)成正比取半径为r,长度为L的空气柱,当空气等速流动时,内摩檫力等于压力差*第29/共36压力差与升降速度的关系(2)积分后考虑管壁处气流速度为0,半径为R,故有可得速度值,可见流速与半径成抛物线分布.*第30/共36压力差与升降速度的关系(2)空气流量为考虑空气平均速度*第31/共36压力差与升降速度的关系(3)假定p内 pH分别为内外压力,r内 r H分别为内外密度,T内 T H分别为内外温度,飞机等速上升,dt时间内流出的空气体积与重量的关系为膜盒容积不变。所以空气重量减少是由于密度减少造成的.*

9、第32/共36压力差与升降速度的关系(3)流出的空气重量与膜盒内减少的重量二者相等,且*第33/共36压力差与升降速度的关系(4)由此得出由于*第34/共36压力差与升降速度的关系(5)由于代入 得积分并考虑pH=pH0 p=0*第35/共36压力差与升降速度的关系(6)得由于*第36/共36压力差与升降速度的关系(7)考虑压力差是升降速度和时间的函数,指数的第二项随时间增长而很快减少,可忽略不计.飞机等速下降时,数值相同,符号相反.*第37/共36升降速度表的误差1）温度误差温度误差(温度升高,空气动力黏度升高,与毛细管的平均温度近似成正比)可见，当外部温度、表壶温度和毛细管温度处于等温状态下，升降表可以准确指示升降速度。否则将产生误差。*第38/共36升降速度表的误差2）延迟误差飞机升降速度变化时，升降表将段时间才能指示相应数值。其差值称为延迟误差。增大毛细管直径或缩短