航空傳感器與控制元件：第8章 飛行高度及升降速度測量

1、2022/8/6第八章 飛行高度及升降速度測量2第八章 飛行高度及升降速度測量7.1 高度的概念7.2 測量飛行高度的方法 7.3 高度偏差的測量 7.4 高度變化率(升降速度)的測量38.1高度的概念飛行高度指飛機(jī)的重心在空中距離某一基準(zhǔn)平面的垂直距離。48.1高度的概念絕對高度所選基準(zhǔn)平面為實(shí)際海平面，飛機(jī)的重心在空中相應(yīng)的高度稱為“絕對高度”。相對高度所選基準(zhǔn)平面為某一指定參考平面(例如起飛或著陸機(jī)場的地平面)，飛機(jī)重心在空中相應(yīng)的高度稱為“相對高度”。真實(shí)高度所選基準(zhǔn)平面是包括飛機(jī)正下方的地面目標(biāo)之最高點(diǎn)在內(nèi)并與地平面平行的平面，飛機(jī)重心在空中相應(yīng)的高度稱為“真實(shí)高度”。標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度所

2、選基準(zhǔn)平面是標(biāo)準(zhǔn)(氣壓)海平面(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)氣壓海平面處的大氣壓力為101. 325 kPa)，飛機(jī)重心在空中的高度稱為“標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度”58.2測量飛行高度的方法常用的測量飛行高度的方法：利用無線電波的反射特性來測量飛行高度通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度68.2測量飛行高度的方法78.2.1利用無線電波的反射特性來測量飛行高度利用無線電波的反射特性來測量飛行高度88.2.1利用無線電波的反射特性來測量飛行高度電波由發(fā)射機(jī)(A)傳到接收機(jī)(B)所需的時間t1:而電波由發(fā)射機(jī)(A)經(jīng)地面反射到接收機(jī)(B)所需的時間t2:則98.2.1利用無線電波的反射特性來測量飛行高度接收機(jī)接

3、收到上述兩個電波的時間間隔為當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)為一體時108.2.1利用無線電波的反射特性來測量飛行高度118.2.1利用無線電波的反射特性來測量飛行高度128.2.1利用無線電波的反射特性來測量飛行高度特點(diǎn)：在高度小于1000米的情況下,無線電高度表的準(zhǔn)確度優(yōu)于氣壓式高度表,因此,在飛機(jī)起飛、進(jìn)場著陸階段,大部采用無線電高度測量飛機(jī)的離地高度。發(fā)射機(jī)功率與所測高度的四次方成正比，因此它在飛機(jī)上大多用于小高度的測量。它所能測的最小高度取決于所能精確測量的最小時間間隔。無線電測高在海上尤其在具有大海浪的情況下，存在著一些問題。138.2.1利用無線電波的反射特性來測量飛行高度測量的最小飛行高度取決

4、于所能測量的最小時間間隔。如所能測量的最小時間間隔為10-9s時，則所能測量的最小飛行高度為0.15m。148.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度在重力場內(nèi)，大氣的壓力、大氣密度均隨高度增高而減小，盡管各自的變化規(guī)律不同，但卻都是有規(guī)律可循的，于是可以通過測量大氣壓力或大氣密度來間接測量飛行高度。在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下,大氣與高度的關(guān)系可用公式表示 PH=1013(10.0255H) 5.256(hpa)，H11km PH226.2e0.1578(11-H)(hpa)，H11km通過測量大氣壓力來測量飛行高度的儀表稱氣壓式高度表。是目前應(yīng)用最廣泛的飛行高度表。15使用轉(zhuǎn)動調(diào)整旋鈕，使氣壓顯示窗顯示

5、選擇的氣壓基準(zhǔn)值，高度指針則指示相對所選基準(zhǔn)面的高度。8.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度16高度表的使用8.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度178.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度1828.92inHg8.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度198.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度208.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度218.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度228.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度國際標(biāo)準(zhǔn)大氣是國際上統(tǒng)一采用的一種假想的大氣：ISO2533-標(biāo)準(zhǔn)大氣規(guī)定了-2000至80000m高度范圍內(nèi)大氣各參數(shù)與高度的關(guān)系。國際標(biāo)準(zhǔn)大氣以平均海平面作零高度。

6、平均海平面大氣物理特性：自由落體加速度gn=9.80665m/s2標(biāo)準(zhǔn)空氣溫度tn=15C或Tn=288.16K標(biāo)準(zhǔn)冰點(diǎn)溫度t0 =0C或Tn=273.16K標(biāo)準(zhǔn)聲速an =340.294m/s標(biāo)準(zhǔn)空氣壓力pn=101.325*103Pa238.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度24重力勢(x,y,z)：表示地球大氣層內(nèi)某一給定點(diǎn)上空氣微粒的勢能。空氣微粒單位質(zhì)量作功：12等位勢面空氣微粒向外移動d式中：h幾何高度（m） gh隨幾何高度h變化的自由 落體加速度（m/s2） 8.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度25或重力勢高度H定義為：，r：地球公稱半徑6356766m或自然高度h與重力勢

7、高度H的關(guān)系自然高度h與重力勢高度H都用平均海平面作為共同基準(zhǔn)8.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度26dhdP截面積dF大氣壓力與高度的關(guān)系設(shè)：大氣相對于地球靜止，截面積為dF高度為dh的微段氣柱的上下表面間的大氣壓力差為dP，其靜平衡條件可由靜止大氣方程確定，即氣體的密度R空氣專用氣體常數(shù)，R=R*/M=287.05287（m2/K.s2）R*通用氣體常數(shù)，R*=8314.32（kg.m2/(K.s2. Kmol）T氣體的溫度（K）理想氣體方程又8.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度27大氣溫度與垂直梯度的關(guān)系：Hb和Tb分別是相應(yīng)層的重力勢高度和大氣溫度下限值；為溫度的垂直變化率（=

8、dT/dH）8.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度28重力勢高度H與大氣壓力pH的關(guān)系重力勢高度稱為標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度，相應(yīng)的公式稱為標(biāo)準(zhǔn)壓高公式，適用于80km以下的各高度層。8.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度29當(dāng)Hb，R，gn為已知常數(shù)時，重力勢高度（H）只是四個大氣參數(shù)的函數(shù)，即 H=f(pH,pb,Tb, )在標(biāo)準(zhǔn)大氣情況下，各相應(yīng)層的pb,Tb, 均為已知常數(shù)，則飛機(jī)所在處相對于標(biāo)準(zhǔn)海平面的重力勢高度（H）只是該處大氣壓力（pH）的單值函數(shù)。測出飛機(jī)所在處的大氣壓力值pH（常稱為大氣靜壓），就可間接測出飛機(jī)相對于標(biāo)準(zhǔn)海平面的重力勢高度或標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度H.8.2.2通過測量大氣參數(shù)來

9、測量飛行高度30由于高度（H）與大氣靜壓（pH）間是非線性關(guān)系，而大多數(shù)氣壓式測高系統(tǒng)都要求系統(tǒng)輸出Y與高度H是線性關(guān)系，這就要求該系統(tǒng)中必須有相應(yīng)的環(huán)節(jié)來完成此解算工作。標(biāo)準(zhǔn)壓高公式絕對壓力敏感元件解算裝置HpHy氣壓測高原理方框圖完成解算任務(wù)的方案有：純機(jī)械的方案（機(jī)械式高度表） 電氣機(jī)械的方案（伺服式高度表） 微處理器的方案（數(shù)字式高度表）8.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度318.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度328.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度338.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度348.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度358.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度368.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度378.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度388.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度398.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度408.2.2通過測量大氣參數(shù)來測量飛行高度418.3高度偏差測量在預(yù)定高度保持水平飛行，相對于給定高的高度偏差，信號主要用來作定高飛行時的自動控制系統(tǒng)的控制信號。對其基本要求是具有較高的靈敏度，且在不同高度上具有相同的靈敏度。原理1 ：內(nèi)外膜盒壓差，原理2 ： 用真空膜盒測量絕對壓力，用電磁離合執(zhí)行是否是定高測高偏差。428.3高度偏差測