大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)課件(中國民航大學(xué))

1、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)航空電子系2022-3-72022年3月7日大氣數(shù)據(jù)2發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)測量發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)測量飛行狀態(tài)測量飛行狀態(tài)測量導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)飛機(jī)電子系統(tǒng)自動(dòng)飛行飛行管理系統(tǒng)飛行管理系統(tǒng)自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)無線電儀表無線電導(dǎo)航無線電導(dǎo)航GPSADFVORDMEILS2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)3大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)q 概論q 飛行高度及高度變化率的測量q 飛行速度q 全靜壓系統(tǒng)q 大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)q 大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的基本計(jì)算方法q 大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出及顯示儀表2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)4大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)q 發(fā)展歷史 50年代前

2、期，分立式儀表 50年代后期，機(jī)載設(shè)備相繼增多 模擬式中央大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī) 各種模擬器件,伺服系統(tǒng) 70年代,混合式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī) 80年代,數(shù)字式的 大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為飛機(jī)提供更多的大氣數(shù)據(jù)參數(shù)2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)5地球大氣層q 對流層（變溫層）、平流層（同溫層）、中間層、電離層（熱層）、散逸層q 對流層：距地球中緯度11km，赤道17km，兩極8km包含了大氣質(zhì)量的3/4q 平流層：對流層頂部到離地約30km，溫度幾乎不變，包含了大氣質(zhì)量的約1/4q 中間層30km到80100km為止，大量的臭氧q 電離層：中間層到離地500km，空氣稀薄，聽不到聲音q 散逸層：離地500160

3、0km之間，也稱為外層大氣2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)6大氣紊流q 大氣紊流（湍流）： 空氣紊亂流動(dòng)的現(xiàn)象，旋渦和不規(guī)則的波動(dòng)，使得大氣中的風(fēng)向、風(fēng)速呈隨機(jī)變化。q 風(fēng)切變： 空間任意兩點(diǎn)之間風(fēng)矢量的變化q 微下沖氣流： 較強(qiáng)的下降氣流，飛機(jī)在起飛、著陸過程中遇到超過自己爬升或下降速率的下降氣流，對飛行的危害最大。2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)7大氣數(shù)據(jù)有關(guān)的參數(shù)q 與大氣數(shù)據(jù)有關(guān)的參數(shù) 靜壓：飛機(jī)周圍自由空氣的壓力 動(dòng)壓：氣流的定向運(yùn)動(dòng)具有動(dòng)能，當(dāng)氣流到達(dá)駐點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能變?yōu)閴毫δ芎蜔崮?。單位面積上升高的壓力稱為動(dòng)壓 pd=1/22 為標(biāo)準(zhǔn)大氣H高度上的空氣密度 沖壓：定義與動(dòng)壓相同。區(qū)別是：動(dòng)壓是不

4、可壓縮的流體的理想定義，而沖壓是考慮了空氣的可壓縮性2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)8與大氣數(shù)據(jù)有關(guān)的參數(shù) 全壓：動(dòng)壓和靜壓之和，即氣流到達(dá)駐點(diǎn)時(shí)，單位面積上的總壓力 總溫：氣流到達(dá)駐點(diǎn)時(shí)獲得的氣溫叫總溫 靜溫：飛機(jī)周圍自由空氣所具有的溫度 攻角：飛機(jī)的質(zhì)量中心運(yùn)動(dòng)軌跡與飛機(jī)縱軸之間的夾角（飛機(jī)豎軸和縱軸所在平面內(nèi)測量的角度） 側(cè)滑角：飛機(jī)的質(zhì)量中心運(yùn)動(dòng)軌跡與飛機(jī)縱軸之間的夾角（飛機(jī)橫軸和縱軸所在平面內(nèi)測量的角度）2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)9氣流角（空速向量與機(jī)體軸系的關(guān)系）q 攻角：空速向量在飛機(jī)對稱面上的投影與機(jī)體軸的夾角，以速度向量的投影在機(jī)體軸之下為正（飛機(jī)的上仰角大于軌跡角為正）；q 側(cè)滑

5、角 ：速度向量與飛機(jī)對稱面的夾角。以速度向量處于飛機(jī)對稱面右邊時(shí)為正。2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)10氣流角2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)11標(biāo)準(zhǔn)大氣（一）q 國際標(biāo)準(zhǔn)大氣的規(guī)定 空氣為干燥清潔的理想氣體，并遵循理想氣體方程所確立的關(guān)系 國際標(biāo)準(zhǔn)大氣以平均海平面作為零高度 氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，氣溫15，密度為0.125kg/m3q 為便于探討大氣中的壓力分布，國際標(biāo)準(zhǔn)大氣引用了重力勢高度的概念。 重力勢表示地球大氣層內(nèi)某一給定點(diǎn)上空氣微粒的勢能。重力勢高度以平均海平面作為重力勢高度和幾何高度的共同基準(zhǔn)。重力勢高度又稱為標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度。RTMTRP*2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)12標(biāo)準(zhǔn)大氣（二）q 當(dāng)空

6、氣微粒沿地球法線移動(dòng)，單位質(zhì)量所做的功為：d=ghdz= ghdh q 重力勢高度：H= /gnq 重力加速度隨地理緯度的變化：q 重力勢高度與幾何高度的關(guān)系H=rh/(r+h)0hhg dh 29.80616 10.0026373cos20.0000059cos 2g 2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)13標(biāo)準(zhǔn)大氣（三）q 每一層大氣的溫度與重力勢高度之間的關(guān)系：q 國際標(biāo)準(zhǔn)大氣，氣壓與高度關(guān)系：HbT =T + ()bHHbTH=()1nR gHbbpHp2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)14大氣參數(shù)的測量單位q 壓力單位 帕斯卡Pa：每平方米的面積上作用有1牛頓的力,1Pa=1N/m2 標(biāo)準(zhǔn)大氣atm：

7、1atm=101325Pa 工程大氣壓at：1at=1Kgf/cm2=9.80665104Pa 巴bar：1bar=106dyn/cm2= 105 Pa 毫米液柱：以液柱高度來表示壓力的大小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 溫標(biāo) 攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)15.273 3259tTtF2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)15測試系統(tǒng)的靜態(tài)動(dòng)態(tài)特性及誤差q 輸入/輸出特性曲線（難以用精確的解析式表示）2022年

8、3月7日大氣數(shù)據(jù)16測試系統(tǒng)的靜態(tài)動(dòng)態(tài)特性及誤差q 串聯(lián)測試系統(tǒng)用圖解法求測試系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系。XXY1Y1Y1Y2Y2Y2YY2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)17用圖解法求測量環(huán)節(jié)的特性曲線串聯(lián)測試系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線 兩個(gè)測試系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線 2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)18測量系統(tǒng)特性描述參數(shù)（一）系統(tǒng)的靜態(tài)誤差q 絕對誤差 被測參數(shù)的給出值與相應(yīng)的真值之差的絕對值。q 相對誤差 標(biāo)稱相對誤差：m取測量的指示值 實(shí)際相對誤差： m取測量的真實(shí)值 額定相對誤差： m取儀表的滿刻度值 最大額定相對誤差：額定相對誤差的最大值q 基本誤差、附加誤差和工作誤差 基本誤差 與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行對比和校準(zhǔn)的差值 附加

9、誤差 使用條件偏離標(biāo)準(zhǔn)條件 工作誤差 工作環(huán)境因素變化情況下的誤差極限值m2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)19系統(tǒng)的靜態(tài)誤差（二）q 系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和過失誤差 原理誤差 構(gòu)造誤差 系統(tǒng)誤差(誤差恒定不變或按一定規(guī)律變 化） 環(huán)境誤差 人員誤差 隨機(jī)誤差 多次測量所得各次的誤差 過失誤差 測量者讀數(shù)、記錄、計(jì)算所造成的誤差q 精密度、準(zhǔn)確度和精度 誤差的反義詞q 測量范圍、量程 測量上限、下限q 靈敏度 輸出量微小變化與輸入量微小變化之比2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)20測量系統(tǒng)特性描述參數(shù)（三）q 分辨率 輸出量的每個(gè)階梯所代表的輸入量的大小q 遲滯 同一工作條件下，同一參數(shù)的測量值正反行程不同q

10、重復(fù)性 同一方向多次改變參數(shù)時(shí)，對同一被測參數(shù)所得的輸出值之間的接近和重復(fù)程度。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差在動(dòng)態(tài)測量時(shí)輸入?yún)?shù)與輸出參數(shù)之間隨時(shí)間而變化的函數(shù)關(guān)系。2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)21飛行高度及高度變化率的測量2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)22高度定義q 定義飛機(jī)的重心在空中距離某一測高基準(zhǔn)面的垂直距離。 絕對高度：基準(zhǔn)面為實(shí)際海平面 相對高度：基準(zhǔn)面為某一參考平面 真實(shí)高度：基準(zhǔn)面為飛機(jī)正下方的地面目標(biāo)之最高點(diǎn)在內(nèi)的并與地平面平行的平面 標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度：基準(zhǔn)面為標(biāo)準(zhǔn)海平面標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度是國際上通用的高度，主要防止同一空域或同一航線上的飛機(jī)在同一氣壓面上飛行，發(fā)生兩機(jī)相撞的可能。2022年3月7日大氣數(shù)

11、據(jù)232022年3月7日大氣數(shù)據(jù)24高度測量方法q 利用大氣的物理特性測高 通過測量大氣壓力（靜壓）間接測高 通過測量大氣密度來測量飛行高度q 利用無線電 波的反射特性測量飛行高度（測真實(shí)高度）q 通過測量飛機(jī)的垂直加速度，再二次積分得飛行高度lcch2212022年3月7日大氣數(shù)據(jù)25氣壓式高度表q 利用測量絕對壓力的彈性敏感元件來測量大氣靜壓，根據(jù)高度與大氣靜壓的關(guān)系，利用轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)輸出標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度（相對于標(biāo)準(zhǔn)海平面的重力勢高度）真空膜盒、膜盒串、波紋管q 氣壓式高度表的誤差 推導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度公式時(shí)，對標(biāo)準(zhǔn)大氣作了一些假設(shè)，而實(shí)際大氣并不完全符合這些假設(shè) 推導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度公式時(shí)，假設(shè)了標(biāo)準(zhǔn)大

12、氣和標(biāo)準(zhǔn)海平面，但實(shí)際海平面大氣參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)海平面大氣參數(shù)不同 構(gòu)造誤差 壓力敏感元件的溫度誤差 摩擦誤差2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)26氣壓高度的測量系統(tǒng)q 高度與大氣壓力關(guān)系為非線性q 為使氣壓高度系統(tǒng)能用來測量飛機(jī)所在處相對于某一參考基準(zhǔn)面的相對高度，系統(tǒng)中必須設(shè)有氣壓修正機(jī)構(gòu)，并保證修正量與測高系統(tǒng)輸出量之間成線性關(guān)系q 選用彈性模數(shù)溫度系數(shù)小的恒彈性合金或熔凝石英2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)27機(jī)械式氣壓高度表2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)28氣壓式高度表的使用q 標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度的測量q 絕對高度的測量q 相對高度的測量氣壓調(diào)節(jié)旋鈕，調(diào)節(jié)測量高度基準(zhǔn)面的大氣壓力，單位：英寸汞柱、百帕2022年3

13、月7日大氣數(shù)據(jù)29高度傳感器用凸輪完成高度解算，凸輪型面決定的從動(dòng)軸轉(zhuǎn)角與主動(dòng)軸轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系=f(),保證該傳感器輸出角與高度（H）間是線性關(guān)系，=KH 。2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)30高度變化率的測量q 飛機(jī)平飛，表殼內(nèi)外氣壓相等，膜盒不膨脹不收縮，指針指零q 飛機(jī)上升，開口膜盒內(nèi)氣壓小于膜盒外氣壓，膜盒收縮，指針上指q 飛機(jī)下降，開口膜盒內(nèi)氣壓大于膜盒外氣壓，膜盒膨脹，指針下指2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)31飛行速度q 定義當(dāng)飛機(jī)在所選坐標(biāo)系內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿其重心運(yùn)動(dòng)軌跡切線方向的速度稱為飛行速度。q 速度的種類 飛機(jī)相對于地球運(yùn)動(dòng)的速度 升降速度：飛機(jī)重心沿地垂線方向運(yùn)動(dòng)的速度分量 地速：

14、飛機(jī)重心沿地平面運(yùn)動(dòng)的速度分量 飛機(jī)相對空氣運(yùn)動(dòng)的速度(橫軸-機(jī)翼所在的軸，縱軸-機(jī)身軸) 側(cè)滑速度：飛機(jī)在垂直截面內(nèi)橫軸相對于氣流的運(yùn)動(dòng)速度 空速：飛機(jī)在縱軸對稱面內(nèi)相對于氣流的運(yùn)動(dòng)速度2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)322022年3月7日大氣數(shù)據(jù)33地速的測量W(地速）=Vt（真空速）+V（風(fēng)速）q 地速：飛機(jī)相對于地面的速度q 風(fēng)速：空氣相對于地面的運(yùn)動(dòng)速度q 空速：飛機(jī)相對于氣流的速度q 地速的測量：線加速度積分法和多卜勒效應(yīng)法2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)34空速的測量q 飛機(jī)相對于氣流的速度即為氣流相對于飛機(jī)的速度q 不考慮空氣的壓縮性（密度、溫度不變）時(shí)， q 考慮空氣的壓縮性（密度、溫度

15、變化）時(shí)，上式不正確。q 空氣流速等于或大于音速時(shí)會(huì)產(chǎn)生激波，狀態(tài)參數(shù)發(fā)生很大變化。221Vpd2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)35空氣流速小于音速時(shí)空速測量的理論基礎(chǔ)若切面1處空氣未受擾動(dòng)，其壓力和密度即為該處靜壓和空氣密度，它與物體相對速度為V，設(shè)法使空氣流在切面2處全阻滯，所有動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為壓力能和內(nèi)能。（壓力為全壓）使用全靜壓管收集全靜壓，使切面1處氣流不被擾動(dòng)，2處氣流流速為零。211121 (2111 2ttsstPVPkkkkPVP考慮空氣壓縮性）（不考慮空氣壓縮性）2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)36空氣流速小于音速時(shí)空速測量的理論基礎(chǔ)考慮音速的表達(dá)形式：沖壓可表示并化解為：K為空氣的絕熱

16、指數(shù)K=1.4ssskPkRTa/2122462422242211122112848121242411212424112kkcssssskVQPakkk Vk VVPaaakPVk VVaaaVk VVaaV24241111440440aaVVMMaa2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)37空速與動(dòng)壓的關(guān)系qc(9.8Pa)當(dāng)飛機(jī)在同一高度、同一速度飛行時(shí)，考慮空氣壓縮性比不考慮空氣壓縮性所得的動(dòng)壓大。馬赫數(shù)為0.60.7時(shí)，不考慮空氣的壓縮性，計(jì)算空速時(shí)，會(huì)造成913%的誤差。2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)38空氣流速大于音速時(shí)的空速當(dāng)空氣與飛機(jī)間的相對運(yùn)動(dòng)速度大于音速時(shí)將產(chǎn)生激波，空氣在激波前后狀態(tài)參數(shù)

17、差別很大，伯努力方程已經(jīng)不適用，涉及高速空氣動(dòng)力學(xué)知識，推導(dǎo)復(fù)雜。52.5222 11238.4591.492171csaaaqVMMM 式中， 為馬赫數(shù)大于 時(shí)，空氣壓縮性修正系數(shù)2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)39真空速、指示空速、馬赫數(shù)q 指示空速將飛機(jī)所具有的空速歸化為標(biāo)準(zhǔn)海平面上飛機(jī)相對于空氣的運(yùn)動(dòng)速度，即不考慮飛機(jī)所在處大氣參數(shù)隨高度而變化的空速。指示空速只與動(dòng)壓有關(guān)。q 真空速空氣與物體之間相對運(yùn)動(dòng)的真實(shí)流速，即飛機(jī)相對空氣運(yùn)動(dòng)的真實(shí)速度。q 馬赫數(shù)真空速與當(dāng)?shù)匾羲俚谋戎怠?022年3月7日大氣數(shù)據(jù)40機(jī)械式真空速表原理q 機(jī)械式空速表通常不測量大氣靜溫、密度，而是將它們轉(zhuǎn)換為大氣靜壓

18、的測量。在標(biāo)準(zhǔn)大氣的情況下，飛機(jī)所在處大氣參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)海平面大氣參數(shù)的關(guān)系為：00000100nnsssRgssRgssPPRTTPTTPPP2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)41空速表結(jié)構(gòu)撥桿式組合型空速表結(jié)構(gòu) 2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)42空速表q 用開口膜盒測動(dòng)壓，真空膜盒測靜壓，且都有非線性輸入/輸出靜特性。q 運(yùn)算通過撥桿、扇形齒輪實(shí)現(xiàn)。q 利用粗、細(xì)兩個(gè)指針指示指示空速和真空速2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)43指示空速q 如果將真空速中的大氣靜壓、密度（或靜溫）看作常數(shù)，并分別等于國際標(biāo)準(zhǔn)大氣中標(biāo)準(zhǔn)海平面上的大氣靜壓、密度（或靜溫），則所得空速為指示空速。q 指示空速只在標(biāo)準(zhǔn)海平面上與真空速相等

19、。q 指示空速只與動(dòng)壓有關(guān)，也稱為儀表空速。q 隨高度增加，大氣密度相對變化量急劇增加，真空速和指示空速差值急劇增加。2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)44指示空速的計(jì)算0100000002 (2211 112 1dkkcccpVRT kqqVkPqV不考慮空氣的壓縮性）小于音速時(shí)（考慮空氣的壓縮性）大于音速時(shí)式中， 為空氣壓縮性修正系數(shù)指示空速只與動(dòng)壓有關(guān)，指示空速表只需開口膜盒。（見p45頁圖）2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)45指示空速與真空速的關(guān)系真空速與動(dòng)壓的關(guān)系：指示空速與動(dòng)壓的關(guān)系：指示空速與真空速的關(guān)系：指示空速反映飛機(jī)上的空氣動(dòng)力的大小，是操縱飛機(jī)，保證飛行安全的重要參數(shù)。飛機(jī)升力為Y=C

20、Y Spd2 1ctsqV002 1ciqV001 1tisVV2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)46馬赫數(shù)q 對亞音速飛機(jī)，在飛機(jī)速度小于臨界馬赫數(shù)時(shí)，飛機(jī)具有速度穩(wěn)定性q 達(dá)到臨界馬赫數(shù)時(shí)，飛機(jī)焦點(diǎn)后移，出現(xiàn)速度不穩(wěn)定，反操縱現(xiàn)象q 飛機(jī)接近音速時(shí)，某些局部可能產(chǎn)生局部激波，阻力急劇增加，將會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性變壞，甚至產(chǎn)生激波失速。為防止激波失速，必須測量馬赫數(shù)。2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)47馬赫數(shù)與沖壓、靜壓的關(guān)系13.5223.5272.5272.521111 0.2121 1 0.2166.9221711 166.922 71kkcaastascasatasaqkMMppMpqMpM

21、pMpM 馬赫數(shù)小于或馬赫數(shù)大于或2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)48溫度與馬赫數(shù)的關(guān)系q 馬赫數(shù)僅與動(dòng)壓（或全壓）和靜壓有關(guān)，而與大氣靜溫（或大氣密度）無關(guān)。q 大氣總溫與靜溫之間的關(guān)系離不開馬赫數(shù)q 可根據(jù)總溫和馬赫數(shù)間接求解大氣溫度q 馬赫數(shù)表由皮托管引入全壓和靜壓到開口膜盒和密封殼體中。2211astMkTT2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)49馬赫數(shù)表的結(jié)構(gòu)q 根據(jù)真空速與動(dòng)壓、靜壓、氣溫的關(guān)系和音速與氣溫的關(guān)系，可以求出馬赫數(shù)與動(dòng)壓、靜壓的關(guān)系。 若保持靜壓、氣溫不變，動(dòng)壓增大，真空速必然相應(yīng)的增大。音速不變，所以馬赫數(shù)變大；若保持動(dòng)壓、氣溫不變，靜壓減小，真空速也必然增大，音速不變，馬赫數(shù)也要

22、變大；若動(dòng)壓、靜壓不變，氣溫升高，則真空速和音速按同樣的比例增大，馬赫數(shù)保持不變。由上面的分析可知：馬赫數(shù)的大小只由動(dòng)壓和靜壓來決定，而與氣溫?zé)o關(guān)。q 馬赫數(shù)表就是用一個(gè)開口膜盒測量動(dòng)壓，而用一個(gè)真空膜盒測量靜壓，經(jīng)過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使指針指示馬赫數(shù)的儀表。 2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)50馬赫數(shù)表與真空速表的不同q 馬赫數(shù)表利用一個(gè)開口膜盒感受動(dòng)壓，利用真空膜盒感受靜壓，指針的指示按馬赫數(shù)與動(dòng)壓、靜壓的函數(shù)關(guān)系式所表示的關(guān)系，隨動(dòng)壓的增大而增大，隨靜壓的增大而減小工作的。它的結(jié)構(gòu)與組合型空速表大致相同。 q 馬赫數(shù)表與組合型空速表的主要區(qū)別有以下兩點(diǎn)： 從理論上講，它們的真空膜盒的特性曲線是不同的，馬

23、赫數(shù)與氣溫?zé)o關(guān)，而真空速與氣溫有關(guān)。馬赫數(shù)與靜壓的0.5次方成反比；而真空速與靜壓的0.4次方成反比。馬赫數(shù)與真空速的這一區(qū)別，決定了馬赫數(shù)表真空膜盒的特性曲線與組盒型空速表中真空速表部分的真空膜盒的特性曲線是不同的。 馬赫數(shù)表沒有氣溫方法誤差，因?yàn)轳R赫數(shù)只與動(dòng)壓、靜壓有關(guān)，與氣溫?zé)o關(guān)，所以氣溫變化時(shí)，馬赫數(shù)表沒有氣溫修正。 2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)51用于計(jì)算各種大氣數(shù)據(jù)信息的原始參數(shù) 信號： 決定因素： (Ps)靜壓 大氣壓力 (Pt)全壓 皮托管壓力 (Qc)動(dòng)壓 總壓 靜壓 (ALT) 高度 靜壓 高度變化率 靜壓的變化率 (M)馬赫數(shù) 總壓 靜壓(TAT) 大氣總溫 總溫(SAT)

24、 大氣靜溫 總溫 馬赫數(shù)(IAS)指示空速 總壓 靜壓(CAS)計(jì)算空速 總壓 靜壓 SSE(TAS)真空速 總溫 馬赫數(shù)2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)52基本補(bǔ)償q 靜壓源誤差修正(SSEC)：修正因氣流流過飛機(jī)引起的靜壓誤差。q 空氣壓縮補(bǔ)償：修正速度和高度變化引起的皮托管內(nèi)空氣壓縮性函數(shù)的變化。q 空氣密度補(bǔ)償：修正溫度和高度變化時(shí)引起的空氣密度的變化。2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)53空速之間的關(guān)系全壓靜壓氣壓傳感器機(jī)電傳感器靜壓源誤差校正指示空速計(jì)算空速空氣壓縮性補(bǔ)償空氣密度變化補(bǔ)償當(dāng)量空速真空速機(jī)電傳感器總溫2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)54全靜壓系統(tǒng)q 全靜壓系統(tǒng)用來收集氣流的全壓和靜壓，并

25、把它們輸送給需要全靜壓的儀表及有關(guān)設(shè)備。q 全靜壓管收集全靜壓的精確程度，與全靜壓管的結(jié)構(gòu)、飛機(jī)迎角、飛行速度有關(guān)，大迎角飛行和跨音速飛行時(shí)，全靜壓管收集的全靜壓不準(zhǔn)確。q 全靜壓系統(tǒng)輸送全靜壓的迅速程度與飛機(jī)的升降速度有關(guān)，飛行高度迅速改變的過程中，全靜壓系統(tǒng)輸送壓力會(huì)有延遲。2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)55全、靜壓管結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)q 全靜壓管結(jié)構(gòu)（p53頁）2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)56全、靜壓管結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)q 亞音速全靜壓管特點(diǎn)：（p53頁） 頭部半球形或稍尖，靜壓孔沿管子某一橫截面均勻分布。為準(zhǔn)確測量，靜壓孔至管前端的距離應(yīng)大致等于全靜壓管直徑的三倍。2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)57全、靜壓管結(jié)

26、構(gòu)與特點(diǎn)q 超音速全靜壓管特點(diǎn)：（p54頁） 管身細(xì)長，頭部稍尖 管壁薄，平頭型 靜壓孔離前端較遠(yuǎn) 上部4個(gè)孔，下部6個(gè)孔，兩側(cè)無 后部的延伸管加長，且多裝在機(jī)頭前方2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)58應(yīng)急全、靜壓孔q 當(dāng)全靜壓孔故障失效時(shí)，為有儀表提供信息q 結(jié)構(gòu)與一般全靜壓孔相同，但無靜壓孔，安裝在氣流平穩(wěn)，能正確收集全壓的地方q 應(yīng)急靜壓孔設(shè)在機(jī)身表面沒有紊流的地方，兩個(gè)靜壓孔對稱于飛機(jī)對稱面2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)59全靜壓系統(tǒng)2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)60全靜壓探頭和備用靜壓孔2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)61全、靜壓探頭q 全靜壓管包括全壓、靜壓和加溫部分q 全壓口位于全靜壓管的頭部正對氣

27、流方向q 空氣流至全壓口時(shí)，完全受阻，流速為零q 靜壓孔位于全靜壓管周圍沒有紊流的地方q 加溫組件防止氣流中的水汽因氣溫降低而在管內(nèi)結(jié)冰q 全靜壓管為流線型管子，表面光滑，以便減弱對氣流的擾動(dòng)，準(zhǔn)確收集靜壓。2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)62全靜壓探頭排水裝置2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)63加溫組件2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)64Boeing737-700全靜壓系統(tǒng)2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)65大迎角飛行時(shí)全靜壓系統(tǒng)儀表的指示特點(diǎn)（一）q 迎角改變，相對氣流與全靜壓管中心線的夾角也改變，因而收集的全、靜壓改變。迎角越大，夾角越大，全、靜壓誤差也越大。q 迎角增大，全壓口收集的全壓減小。迎角越大，全壓誤

28、差越大。由于前端形狀的不同，相同情況下，超音速時(shí)的誤差比亞音速時(shí)誤差要小。q 亞音速時(shí)，迎角增大，下部的靜壓孔處，因氣流受阻而減速，收集的靜壓增大。上部、側(cè)面的靜壓孔因氣流加速和產(chǎn)生渦流，收集的靜壓減小，總結(jié)果是減小。超音速時(shí)，靜壓基本不變。2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)66大迎角飛行時(shí)全靜壓系統(tǒng)儀表的指示特點(diǎn)（二）q 亞音速時(shí)，迎角增大，全、靜壓都減小，動(dòng)壓誤差不大；超音速時(shí)，全壓減小，靜壓基本不變，故動(dòng)壓減小。q 亞音速，迎角增大時(shí)，高度表、真空速表和馬赫數(shù)表多指，指示空速表誤差不明顯。q 超音速，迎角增大時(shí)，由于靜壓誤差小，高度表誤差小。由于動(dòng)壓減小，指示空速表、真空速表和馬赫數(shù)表少指，誤差

29、明顯。2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)67攻角和側(cè)滑角的測量q 攻角：飛機(jī)縱軸（或機(jī)翼弦線）與迎面氣流角夾角q 側(cè)滑角：飛機(jī)橫軸與側(cè)向氣流間的夾角q 攻角傳感器只能測量出傳感器所在處的“局部攻角”，與“真實(shí)攻角”之間有一“攻角位置誤差”2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)68攻角傳感器 右側(cè)為翼形，左側(cè)為錐形。翼形傳感器即旋轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)式傳感器，它由一個(gè)經(jīng)過靜力平衡的風(fēng)標(biāo)(葉片)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、信號變換器(自整角機(jī)或電位計(jì))及固定連結(jié)部分等組成。錐形傳感器是差動(dòng)式傳感器。它的探測部分主要是一個(gè)圓錐形管，在管子對稱面(中性面)上開有一條縫隙，以接收迎面來的氣流。當(dāng)氣流不在縫隙(氣縫)所在的對稱面上時(shí)，傳感器便輸出一個(gè)角度

30、信號。 飛機(jī)的升力系數(shù)和阻力系數(shù)都取決于攻角的大小，當(dāng)攻角達(dá)到臨界攻角時(shí)，飛機(jī)會(huì)發(fā)生失速2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)691.管路泄漏對儀表顯示的影響 （1）靜壓管在非增壓艙泄漏 高度表指示增加，空速指示增加，升降速度表指針跳動(dòng)一下后指示正確的數(shù)值。 （2）靜壓管在增壓艙泄漏 高度表指示減小，空速指示減小，升降速度表指示不確定，取決于增壓艙的壓力變化率。 （3）全壓管在非增壓艙或增壓艙泄漏 全壓管泄漏僅影響空速表的指示，氣壓高度表和升降速度表不受影響。當(dāng)全壓管在非增壓艙泄漏時(shí)，顯示空速減小；當(dāng)全壓管在增壓艙泄漏時(shí)，顯示空速無法確定。全靜壓系統(tǒng)的基本故障分析2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)70（4）全壓管

31、與靜壓管同時(shí)泄漏 空速表指示為零，如果泄露處于非增壓艙則氣壓高度指示增加，升降速度表指示不變；如果泄露處于增壓艙則氣壓高度指示減小，升降速度表指示取決于艙壓變化率；2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)712.管路堵塞對儀表顯示的影響（1）靜壓管堵塞 爬升：空速指示減小，高度表指示不變，升降速度表指示為零； 下降：空速指示增加，高度表指示不變，升降速度表指示為零；2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)72（2）全壓管完全堵塞2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)73管路堵塞對儀表顯示的影響（3）全壓管堵塞，排泄孔通暢2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)74大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)-功能及要求q 功能測量靜壓、總壓、總溫以及參與修正作用的攻角和氣

32、源誤差，經(jīng)過解算裝置或計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，輸出大量的大氣數(shù)據(jù)信息。q 優(yōu)勢 減少大量的重復(fù)儀表和傳感器 提高大氣數(shù)據(jù)的計(jì)算精度 擴(kuò)大測量系統(tǒng)的功能，提高系統(tǒng)可靠性q 對大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求： 能利用所測參數(shù)計(jì)算大氣數(shù)據(jù)信息，應(yīng)具有不同形式的輸出信號 應(yīng)具有誤差修正功能、監(jiān)控功能和故障告警功能 應(yīng)具有飛行前后的自檢功能；故障診斷、故障隔離功能 應(yīng)具有快速方便地更換部件和機(jī)器的快速拆裝能力2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)75基本解算關(guān)系q 高度的解算（見前述公式）q 馬赫數(shù)的解算（見前述公式）q 指示空速的解算（見前述公式）q 真空速的解算q 大氣密度的解算000000 PTTPTPTPssssss得由t

33、aasaaaTMMTMkRTMaMV22 . 011728.721728.722022年3月7日大氣數(shù)據(jù)76大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)q組成傳感器測量靜壓傳感器、全壓傳感器、總溫傳感器、攻角傳感器等具有可進(jìn)行誤差修正和補(bǔ)償?shù)慕馑阊b置座艙指示、顯示裝置及信號輸出裝置2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)77 模擬式ADC對氣流的全壓、靜壓和大氣全溫進(jìn)行處理，并將計(jì)算輸出的模擬信號輸出到相應(yīng)的儀表和其它設(shè)備。模擬式模擬式ADCADC2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)78混合式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)混合式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)79數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)80數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-原始參數(shù)傳感器q 電

34、容式壓力傳感器q 壓阻式壓力傳感器q 振膜式壓力傳感器q 總溫傳感器2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)81數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-原始參數(shù)傳感器（一）差動(dòng)電容式壓力測量原理差壓為零時(shí)，輸出為零；差壓不為零，輸出電壓的幅值取決于差壓的大小，相位取決于差壓的正負(fù)。2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)82電容量式壓力傳感器將隨壓力變化的電容量變換成電壓輸出。UOUT=X P UR /XR X P ，XR 為被測可變電容和標(biāo)準(zhǔn)參考電容的阻抗放大器參考電壓UR參考電容CR固定的3KHz激勵(lì)電源UR石英膜盒CP輸出電壓UOUT2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)83數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-原始參數(shù)傳感器（二）壓阻式壓力傳感器UOUTUR

35、R1R3R2R42022年3月7日大氣數(shù)據(jù)84振膜式壓力傳感器在一定的壓力范圍內(nèi)，在系統(tǒng)振動(dòng)質(zhì)量一定時(shí)，諧振頻率僅是壓力P的函數(shù)。2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)85全溫探頭2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)86數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-輸入接口q 多路轉(zhuǎn)換器q 直流電壓/數(shù)字轉(zhuǎn)換 V-T式A/D轉(zhuǎn)換 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換 交/直流轉(zhuǎn)換原理q 頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換原理 頻率測量原理 周期測量原理q 自整角機(jī)同步信號/數(shù)字轉(zhuǎn)換q 電阻/數(shù)字轉(zhuǎn)換多路轉(zhuǎn)換器S/HA/D輸入信號的傳輸2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)87數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-輸出接口q 串行輸出接口q 數(shù)字直流電壓轉(zhuǎn)換電路q 數(shù)字交流電壓轉(zhuǎn)換q

36、 數(shù)字自整角機(jī)轉(zhuǎn)換電路2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)88ARINC-429總線總線 q 一、ARINC規(guī)范 ARINC是美國航空無線電公司的簡稱。它是由美國的飛機(jī)制造廠、航空公司、航運(yùn)公司及某些外國航空公司組成的。它的主要任務(wù)是制定各種規(guī)范。q ARINC公司制定的技術(shù)規(guī)范，即稱公司制定的技術(shù)規(guī)范，即稱ARINC規(guī)范規(guī)范 。q q 向制造廠提供向制造廠提供 q 設(shè)備的設(shè)計(jì)要求設(shè)備的設(shè)計(jì)要求q 將物理特性和電特性最大限度標(biāo)準(zhǔn)化將物理特性和電特性最大限度標(biāo)準(zhǔn)化2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)89q二、ARINC429規(guī)范 電路結(jié)構(gòu) 發(fā)送器 接收器 BPRZ碼單向傳輸 字速率 高速429 100Kbps 低速

37、429 1214kbps 信信息息源源BPRZ三態(tài)碼三態(tài)碼數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)時(shí)鐘時(shí)鐘字同步信號字同步信號NRZ數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)時(shí)鐘時(shí)鐘字同步信號字同步信號發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)90寂靜時(shí)間PSSM數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 位位SDI標(biāo)號位標(biāo)號位BCD碼12412412+/-BNR碼碼00100000013231302928*1110987654321102代表代表 標(biāo)號為標(biāo)號為201CH1CH2CH3CH4CH542184218421842184210000010001000110101292726232219181514110223520481024512*1/161/21/41/8*1/256

38、282726*1413112022年3月7日大氣數(shù)據(jù)91大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)92數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-微處理器程序結(jié)構(gòu)q 基本組成 管理程序 實(shí)時(shí)的大氣數(shù)據(jù)計(jì)算（或其他數(shù)學(xué)任務(wù)）程序 非實(shí)時(shí)的自檢和故障監(jiān)控程序自檢監(jiān)控程序?qū)崟r(shí)中斷服務(wù)自檢程序限值程序開中斷初始化啟動(dòng)YN2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)93DADC ARINC706原理方塊圖 2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)94數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-36項(xiàng)自檢功能 檢查輸入總溫是否在規(guī)定的范圍內(nèi) 機(jī)型程序檢查 檢查靜壓傳感器周期計(jì)數(shù)是否在規(guī)定范圍 檢查靜壓傳感器溫度輸出范圍 檢查頻/數(shù)轉(zhuǎn)換是否完善 ARINC輸出端繞回檢查 對R

39、AM檢查 對ROM檢查 指令檢查 對CPU檢查 攻角比較檢查 檢查 Ps=Pt（僅在地面功能檢查時(shí)進(jìn)行） 備用VMO離散量檢查 EPROM讀/寫檢查 靜壓（或全壓）鎖相環(huán)檢查 微處理器計(jì)算功能檢查2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)95大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的基本計(jì)算方法q 線性插值法 零階插值 一階插值 拋物線插值法102010 xxxxCxxCCy iiiiiixxxxyyyxP112022年3月7日大氣數(shù)據(jù)96線性插值點(diǎn)的選取法q 線性插值點(diǎn)的一般選取方法 等距選取法 非等距選取法 分段等距選取法q 最佳非等距選取法2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)97實(shí)用參數(shù)計(jì)算（1）q 馬赫數(shù)的計(jì)算 若要求馬赫數(shù)的分辨率為

40、，則要求 而minmintstasastsatad pppMpdMd pppMpdM minmin0.2860.053tsastad ppdMd ppdM0.0006aM0.000172, 0.0000318tsstppppmaxmax12.060.9725tsstppppmaxmax70116(1630582tstsststpppppppp超出了帶符號位數(shù)范圍）（未超出）2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)98實(shí)用參數(shù)計(jì)算（2）q 升降速度的計(jì)算 用固定時(shí)間間隔內(nèi)測得的高度變化除以時(shí)間（對高度信號的分辨率要求高） 如升降速度精度要求0.5m/s，更新周期0.2s，則0.2s 內(nèi)至少應(yīng)該測量0.1m的高

41、度變化；設(shè)最大高度30000m，分辨率0.05，則30000/ 0.05=600000，超出計(jì)算機(jī)單字長。 修改為用： dH/dps可用插值法求取，在所有高度上，對升降速度的要求折算成對靜壓變化率的要求。更新速率與分辨率之間的矛盾，還可以在硬件上解決。ssssdppdHdHdHdtdpdtdpt2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)99實(shí)用參數(shù)計(jì)算（3）q 馬赫數(shù)變化率的計(jì)算 直觀方法與升降速度計(jì)算相同的問題，故改變計(jì)算形式：令 ，則stsstststtstd pppppdMadMaMad ppdtd ppppp1Ma 時(shí)1Ma 時(shí)ssttpdMaF Mad ppp210.21.4MaF MaMa2271

42、7 1 2MaMaF MaMa2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)100傳感器靜特性校正q 分段線性插值法q 整體擬合校正)(11iiiiiiyyyyxxxx44332210TkTkTkTkkp44332210TkTkTkTkkpiiiiiiyykxyymkmxmxy2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)101壓力傳感器的溫度補(bǔ)償t2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)102二維線性插值原理q 先保持y不變，對x進(jìn)行插值q 再固定y，對x進(jìn)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日大氣數(shù)據(jù)103靜壓源誤差校正（SSEC）q 靜壓源誤差規(guī)律q 模擬式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的靜壓源誤差修正 電氣修正（見下圖） 機(jī)械修正 氣動(dòng)修正q 數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的補(bǔ)償方法（軟件查表法）123ssLppfMafMa f傳感器差動(dòng)變壓器psULUsAMGSSEC2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)104大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其顯示儀表左側(cè)ADIRU向許多系統(tǒng)和部件提供大氣數(shù)據(jù)基準(zhǔn)（ADR）數(shù)據(jù)。ADR數(shù)據(jù)在ARINC429數(shù)據(jù)總線上輸出。在每條總線上的數(shù)據(jù)是相同的。一條數(shù)據(jù)總線從ADIRU的ADR部分到慣性基準(zhǔn)IR部分。以下是從左側(cè)ADIRU接收ADR數(shù)據(jù)的部件和系統(tǒng)： 自動(dòng)油門（AT）計(jì)算機(jī) 顯示電子組件（DEU）1和2 飛行操縱計(jì)算機(jī)（FCC）A 飛行數(shù)據(jù)獲取組件（FDAU） 空中交通管制（ATC）1和2 襟翼縫翼電子組件(FSEU） 近地警告計(jì)算機(jī)（GPWC） 失速管理偏航阻尼器（SMYD）1 座艙壓力控制器(CPC)1和2 氣象雷達(dá)接收機(jī)發(fā)射機(jī)（WXR RT） 飛行管理計(jì)算機(jī)（FMC）12022年3月7日大氣數(shù)據(jù)105大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其顯示儀表2022年3月7日大氣數(shù)據(jù)106ADC提供的參數(shù)（1）q A AT T計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)ADIRU向AT計(jì)算機(jī)發(fā)送下列ADR數(shù)據(jù)用于油門指令