空气动力学参量测量.pdf

第3章 测量与传感器航空仪表需要测量的参数需要测量的参数：?飞行参数飞行参数?发动机参数发动机参数?导航参数导航参数?座舱环境参数座舱环境参数?飞行员生理参数飞行员生理参数?生命保障系统参数生命保障系统参数?其它其它飞行参数测量• 飞行速度 • 飞行高度 • 姿态角 •（俯仰角） •（滚转角） •（偏航角） • 角速度绝对高度（绝对高度（ True height )： 飞机与实际海平面之间的垂直距离 飞机与实际海平面之间的垂直距离 真实高度真实高度 ( Absolute height )： 飞机与地面目标之间的垂直距离3.1空气动力学参量的测量： 飞机与地面目标之间的垂直距离3.1空气动力学参量的测量3.1.1 飞行高度的测量 1.飞行高度的定义 飞行高度是指飞机在空中距离1.飞行高度的定义 飞行高度是指飞机在空中距离某一基准面某一基准面的 垂直距离 测量基准面不同测出的高度也不同的 垂直距离 测量基准面不同测出的高度也不同相对高度相对高度 ( Relative height ) ：飞机与机场地面之间的垂直距离飞机与机场地面之间的垂直距离标准气压高度标准气压高度 ( Pressure height )：飞机与标准气压面之间的垂直距离。

飞机与标准气压面之间的垂直距离温度温度, 压力为压力为)015 c3101.3 10 pa×2．飞行高度的测量方法2．飞行高度的测量方法（（1）利用无线电波的反射特性测量飞行高度）利用无线电波的反射特性测量飞行高度 （大多用于小高度测量；无线电高度表测量（大多用于小高度测量；无线电高度表测量 的是真实高度）的是真实高度） （（2） 通过测量飞机垂直方向运动的线加速度来测） 通过测量飞机垂直方向运动的线加速度来测 量飞行高度（采用惯性导航系统来实现）量飞行高度（采用惯性导航系统来实现） （（3）通过测量大气参数来测量飞行高度）通过测量大气参数来测量飞行高度 （适宜测量大的高度）（适宜测量大的高度） （大气压力、密度随高度增加减小，通过测量（大气压力、密度随高度增加减小，通过测量 大气压力或密度来测量飞行高度大气压力或密度来测量飞行高度 （（4）激光测量高度）激光测量高度• 气压式高度表的基本工作原理气压式高度表的基本工作原理高度升高高度升高膜盒上压力减少膜盒膨胀膜盒中心位移传动机构信号转换器高度成比例的电信号膜盒上压力减少膜盒膨胀膜盒中心位移传动机构信号转换器高度成比例的电信号•气压式高度表的组成： 真空膜盒 传动放大器 补偿装置信号转换器 仪表壳体气压式高度表的组成： 真空膜盒 传动放大器 补偿装置信号转换器 仪表壳体3．气压式高度表与传感器．气压式高度表与传感器3.1．2 空速与马赫数的测量3.1．2 空速与马赫数的测量空速：飞机相对于空气的运动速度叫做空速。

空速：飞机相对于空气的运动速度叫做空速空速传感器：测量飞机空速并输出相应电信号的仪表空速传感器：测量飞机空速并输出相应电信号的仪表（1）飞行速度的概念（1）飞行速度的概念 （四种：真空速、指示空速、地速、垂直速度）（四种：真空速、指示空速、地速、垂直速度） 真空速：真空速：飞机相对于空气的运动速度飞机相对于空气的运动速度 （考虑空气密度影响的飞机运动速度）（考虑空气密度影响的飞机运动速度） 指示空速：指示空速：忽略空气密度变化的飞机运动速度忽略空气密度变化的飞机运动速度 （仪表空速，简称表速）（仪表空速，简称表速） 地速：地速：飞机相对于地面运动速度的水平分量飞机相对于地面运动速度的水平分量 （真空速和风速水平分量的向量和）（真空速和风速水平分量的向量和） 垂直速度：垂直速度：飞机相对于地面运动速度的垂直分量飞机相对于地面运动速度的垂直分量 （飞机的升降速度）（飞机的升降速度）（（2）速度测量的理论基础）速度测量的理论基础 伯努利方程伯努利方程——测量速度的基本方程测量速度的基本方程 在不可压缩流中飞行速度小于（为常值） （空气是不可压缩的，其流动过程是等密的）飞行速度大于（空气压缩效应显著）（在不可压缩流中飞行速度小于（为常值） （空气是不可压缩的，其流动过程是等密的）飞行速度大于（空气压缩效应显著）（K为绝热指数；高度为为绝热指数；高度为H处的大气压力；考虑到空 气压缩性的动压）处的大气压力；考虑到空 气压缩性的动压）CVPVP=+=+222 22 22 11 1ρρhkm /400ρ),(2)(2H HHHPfPPPVρρρ∆=∆=−=hkm /400),,(] 1)1[() 1(211HHkkHHHPPfPP PkkPVρ∆=−∆+−=−HPP∆（3）压力式空速表的组成与工作原理（3）压力式空速表的组成与工作原理全静压管全静压管测量全静压管的 动压(全压与静 压之差)来指示 飞机速度• 组成： 空速管、开口膜盒、放大传动机构、 电位计、仪表壳体组成： 空速管、开口膜盒、放大传动机构、 电位计、仪表壳体 • 工作原理： 空速管感受总压和静压工作原理： 空速管感受总压和静压——开口膜盒和 密封的仪表壳体内开口膜盒和 密封的仪表壳体内—动压动压—膜盒产生位移膜盒产生位移—放大 传动机构放大 传动机构—电位 计电位 计—输出与压差 成比例的电信号※ 膜盒的位移量即反 映了飞机当时的飞 行速度。

输出与压差 成比例的电信号※ 膜盒的位移量即反 映了飞机当时的飞 行速度空速表原理组合空速表原理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， 形成组合式空速表，以指示真空 速值空速表原理3.1.3 迎角和侧滑角传感器迎角和侧滑角传感器1.迎角和侧滑角的定义1.迎角和侧滑角的定义 2．迎角传感器2．迎角传感器 （1）风标式迎角传感器（1）风标式迎角传感器 工作原理：工作原理： ·迎角翼形叶片——·迎角翼形叶片—— 中心线平行于迎面气流中心线平行于迎面气流 ——作用于叶片上下表——作用于叶片上下表 面的压力相等——叶片面的压力相等——叶片 不转动——电刷处于中不转动——电刷处于中 立位置—无电信号输出；立位置—无电信号输出；风标式迎角传感器（续）风标式迎角传感器（续）·叶片上下表面的气动力不相等——压 差——叶片绕其轴旋转——放大传动 机构——电刷转动——输出与迎角成 比例的电信号。

·叶片上下表面的气动力不相等——压 差——叶片绕其轴旋转——放大传动 机构——电刷转动——输出与迎角成 比例的电信号 • 直到中心线与迎面气流方向一致为 止——直到中心线与迎面气流方向一致为 止——叶片转角即飞机当时的迎角叶片转角即飞机当时的迎角2）压差管式迎角（侧滑角）传感器（2）压差管式迎角（侧滑角）传感器• 组成结构： 压差管两边开两夹角为组成结构： 压差管两边开两夹角为90的对称小孔 开口膜盒式压力传感器 （开口膜盒、放大传动机构和电位计三部分）的对称小孔 开口膜盒式压力传感器 （开口膜盒、放大传动机构和电位计三部分）• 测量原理：测量原理： ·αα=0 压差管轴线与气流 方向一致压差管轴线与气流 方向一致——两小孔感受 压力相等两小孔感受 压力相等——开口膜盒和 密封仪表壳体开口膜盒和 密封仪表壳体——压差压差 ——电刷中立 位置电刷中立 位置——输出信号为零输出信号为零 ·0 气流方向与压差管 轴线出现迎角气流方向与压差管 轴线出现迎角——两小孔 感受压力不相等两小孔 感受压力不相等——压差 （开口膜盒和密封仪表 壳体之间感受）压差 （开口膜盒和密封仪表 壳体之间感受）——电位 计（输出与成比例的电 信号）电位 计（输出与成比例的电 信号）≠αα021=−=∆pppp∆（3）零压差式迎角传感器（3）零压差式迎角传感器组成：敏感部分（探头） 变换传动部分（气道、 气室和浆叶） 输出部分（电刷、电位计） 温控部分（探头、壳体加 热器及其温度继电器） 安装：飞行时探头的轴线 平行于飞机的横轴 原理：迎角组成：敏感部分（探头） 变换传动部分（气道、 气室和浆叶） 输出部分（电刷、电位计） 温控部分（探头、壳体加 热器及其温度继电器） 安装：飞行时探头的轴线 平行于飞机的横轴 原理：迎角0—两排对 称测压孔感受压力不相等两排对 称测压孔感受压力不相等 —压差压差—浆叶和探头 转动（转角正比于 ）电 位计（输出与成比例的电信号）浆叶和探头 转动（转角正比于 ）电 位计（输出与成比例的电信号）≠αp∆αα压差管式压差管式：介于二者之间，与风标式一样， 要求安装位置要很精确。

介于二者之间，与风标式一样， 要求安装位置要很精确oo2 . 0~1 . 0±±o1 . 0±* 三种传感器的比较：风标式三种传感器的比较：风标式：精度： 结构简单，安装位置要求高，易受扰动零压差式：精度： 结构简单，安装位置要求高，易受扰动零压差式：精度：可达 具有较好的阻尼，输出信号较平稳，传感器 只有探头露在外面，对飞机造成附加阻力小， 但结构复杂，装配精度要求高精度：可达 具有较好的阻尼，输出信号较平稳，传感器 只有探头露在外面，对飞机造成附加阻力小， 但结构复杂，装配精度要求高第四节 大气数据计算机第四节 大气数据计算机 一、概述概述 1、概念：根据传感器测得的少量原始参数， 如总压、静压、总温等参数，计算出较多 的与大气数据有关的飞行参数的多输入多 输出的机载综合测试系统、概念：根据传感器测得的少量原始参数， 如总压、静压、总温等参数，计算出较多 的与大气数据有关的飞行参数的多输入多 输出的机载综合测试系统——大气数据计 算机大气数据计 算机 2、组成：（三大部分）、组成：（三大部分）（（1）原始参数传感器：提供总压、静压、）原始参数传感器：提供总压、静压、 总温和迎角等参数；总温和迎角等参数；（2）解算装置或计算机：）解算装置或计算机： 实现参数的计算误差修正；实现参数的计算误差修正； （（3）输出装置：为所需飞行参数的系统提）输出装置：为所需飞行参数的系统提 供所需的信息。

供所需的信息 3． 分类：（三类）． 分类：（三类） （（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二、机电模拟式大气数据计算机二、机电模拟式大气数据计算机1.特征：采用机电模拟式装置特征：采用机电模拟式装置 2 .组成：伺服式压力传感器、总温传感 器、迎角传感器、机电模拟式解算装置组成：伺服式压力传感器、总温传感 器、迎角传感器、机电模拟式解算装置 3 .原理：原理：三、数字式大气数据计算机三、数字式大气数据计算机1．特点：以采用微型计算机为特征特点：以采用微型计算机为特征 2. 组成：传感器、输入接口、中央处理机组成：传感器、输入接口、中央处理机 和输出接口和输出接口 3.元部件介绍：元部件介绍： • 传感器：测得少量原始参数传感器：测得少量原始参数 • 输入接口：将各种传感器输出的信号转换输入接口：将各种传感器输出的信号转换 成计算机所需的数字量成计算机所需的数字量. • 中央处理机：完成参数的解算、协调控制中央处理机：完成参数的解算、协调控制 整个大气数据计算机的工作。

整个大气数据计算机的工作输出接口输出接口：根据各机载系统的需求， 将中央处理机计算得到的结果转换 成一定格式的串、并行数字量、离 散量和模拟量； ? 自检和故障监测系统 自检：起飞前或起飞后的检查 故障监测：飞行中连续检测大气数据 计算机部分故障，并诊断出故障源 发出告警信号根据各机载系统的需求， 将中央处理机计算得到的结果转换。