大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)：第3講 馬赫與空速表

1、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)（馬赫/空速表）*第2/共45飛行速度定義：當飛機在所選坐標系內(nèi)運動時，沿其重心運動軌跡切線方向的速度稱為飛行速度。速度的種類飛機相對于地球運動的速度升降速度：飛機重心沿地垂線方向運動的速度分量地速：飛機重心沿地平面運動的速度分量飛機相對空氣運動的速度側(cè)滑速度：飛機在垂直截面內(nèi)橫軸相對于氣流的運動速度空速：飛機在縱軸對稱面內(nèi)相對于氣流的運動速度W(地速）=Vt（真空速）+V（風速）*第3/共45地速的測量地速：飛機相對于地面的速度風速：空氣相對于地面的運動速度空速：飛機相對于氣流的速度地速的測量：線加速度積分法和多卜勒效應(yīng)法*第4/共45空速測量的理論基礎(chǔ)根據(jù)運動的相對性，若能測量

2、空氣相對于飛機的速度，則可獲得空速。氣流相對飛機運動時，在正對氣流運動的飛機表面，其運動受阻，速度為零，溫度升高，壓力增大。此時的壓力稱為全受阻壓力。全壓與靜壓之差為動壓。即 pd=pt-pH*第5/共45空速測量的理論基礎(chǔ)若不考慮空氣的壓縮性，即其密度、溫度不變時， 則可通過對動壓的測量計算空速?？紤]空氣的壓縮性（密度、溫度不變）時，動壓與靜壓的關(guān)系會發(fā)生變化?？諝饬魉俚扔诨虼笥谝羲贂r會產(chǎn)生激波，狀態(tài)參數(shù)發(fā)生很大變化。*第6/共45空氣流速小于音速時空速測量的理論基礎(chǔ)（一）空氣流速小于音速時假設(shè)空氣在絕熱的流管中流動，并假設(shè)空氣在流動時，在空間任何一點所具有的狀態(tài)參數(shù)不隨時間而改變。參見P3

3、5圖3-2，在流管上取垂直流管中心線的切面。流入切面的能量由動能和勢能兩部分構(gòu)成。動能（Q為空氣質(zhì)量流量）如下：*第7/共45勢能：由壓力能、重力勢能和內(nèi)能三部分組成壓力能重力能內(nèi)能*第8/共45空氣流速小于音速時空速測量的理論基礎(chǔ)（二）內(nèi)能：1kg空氣的熱量為：流過的空氣的熱量為：由于（其中：A熱功當量；cp定壓熱容；cv定容熱容）*第9/共45空氣流速小于音速時空速測量的理論基礎(chǔ)（三）通過切面的能量為：在時間間隔t內(nèi)流出切面的空氣帶走的能量為根據(jù)能量守恒：E1= E2 ，可得：*第10/共45上式為不考慮空氣壓縮性的伯努利方程。等式兩端第一項為切面處的靜壓，第二項與空氣流速有關(guān)，稱為動能。

4、*第11/共45空氣流速小于音速時空速測量的理論基礎(chǔ)（四）若切面1處空氣未受擾動，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v1=V。設(shè)法使空氣流在切面2處全阻滯（v2=0），所有動能全部轉(zhuǎn)化為壓力能和內(nèi)能，壓力為全壓。*第12/共45空氣流速小于音速時空速測量的理論基礎(chǔ)（五）絕熱過程中，壓力與密度的關(guān)系為：由此可得：*第13/共45空氣流速小于音速時空速測量的理論基礎(chǔ)（六）可壓縮空氣流的沖壓為： 空速的表達式為：*第14/共45空氣流速小于音速時空速測量的理論基礎(chǔ)（七）考慮音速的表達形式：沖壓可表示并化解為：K為空氣的絕熱指數(shù)K=1.4*第15/共45空氣流速小于音速時空速測量的

5、理論基礎(chǔ)（八）若切面1處空氣未受擾動，其壓力和密度即為該處靜壓和空氣密度，它與物體之間的相對速度為V*第16/共45空速與動壓的關(guān)系qc(9.8Pa)當飛機在同一高度、同一速度飛行時，考慮空氣壓縮性比不考慮空氣壓縮性所得的動壓大。馬赫數(shù)為0.60.7時，不考慮空氣的壓縮性，計算空速時，會造成913%的誤差。*第17/共45空氣流速大于音速時的空速當空氣與飛機間的相對運動速度大于音速時，將產(chǎn)生激波?？諝庠诩げㄇ昂鬆顟B(tài)參數(shù)差別很大，伯努力方程已經(jīng)不適用，涉及高速空氣動力學知識，推導復雜。*第18/共45真空速、指示空速、馬赫數(shù)真空速空氣與物體之間相對運動的真實流速，即飛機相對空氣運動的真實速度。指

6、示空速將飛機所具有的空速歸化為標準海平面上飛機相對于空氣的運動速度，即不考慮飛機所在處大氣參數(shù)隨高度而變化的空速。指示空速只與動壓有關(guān)。馬赫數(shù)真空速與當?shù)匾羲俚谋戎怠?第19/共45真空速的測量原理（一）真空速一般通過測量相應(yīng)切面處空氣所具有的壓力、密度來測量。Ma1，且不考慮空氣壓縮性時：*第20/共45真空速的測量原理（二）Ma1時，仍可通過測量壓力、溫度和密度來測量空速：*第22/共45機械式真空速表原理（一）機械式空速表通常不測量大氣靜溫、密度，而是將它們轉(zhuǎn)換為大氣靜壓的測量。在標準大氣的情況下，飛機所在處大氣參數(shù)和標準海平面大氣參數(shù)的關(guān)系如右：*第23/共45機械式真空速表原理（二）

7、考慮空氣壓縮性，將靜溫、密度代入空速解算式：*第24/共45機械式真空速表原理（三）不考慮空氣壓縮性，將靜溫、密度代入空速解算式：*第25/共45空速表結(jié)構(gòu)撥桿式組合型空速表結(jié)構(gòu) *第26/共45三、指示空速表的結(jié)構(gòu) *第27/共45四、空速表的表面白色弧線為襟翼操作速度范圍；綠色弧線為飛機正常操作速度范圍；黃色弧線為警戒速度范圍，只有飛機處于平穩(wěn)氣流中、飛行員時刻處于戒備的情況下才可在黃色弧線范圍內(nèi)飛行；紅線為極限速度。*第28/共45四、空速表的表面白色弧線的下限為著陸形態(tài)(起落架和襟翼放下)下的最小穩(wěn)定飛行速度或失速速度，上限為襟翼完全放下后的最大速度；綠色弧線的下限為光潔形態(tài)下的最小穩(wěn)

8、定飛行速度或失速速度，上限為最大結(jié)構(gòu)強度巡航速度；黃色弧線區(qū)下限為最大結(jié)構(gòu)強度巡航速度，上限為極限速度。*第29/共45空速表用開口膜盒測動壓，真空膜盒測靜壓，且都有非線性輸入/輸出靜特性。運算通過撥桿、扇形齒輪實現(xiàn)。利用粗、細兩個指針指示真空速和指示空速*第30/共45指示空速如果將真空速中的大氣靜壓、密度（或靜溫）看作常數(shù)，并分別等于國際標準大氣中標準海平面上的大氣靜壓、密度（或靜溫），則所得空速為指示空速。指示空速只在標準海平面上與真空速相等。指示空速只與動壓有關(guān)，也稱為儀表空速。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。*第31/共45指示空速的計算指示空速

9、只與動壓有關(guān)，指示空速表只需開口膜盒。（見p45頁圖）*第32/共45指示空速與真空速的關(guān)系真空速與動壓的關(guān)系：指示空速與動壓的關(guān)系：指示空速與真空速的關(guān)系：指示空速反映飛機上的空氣動力的大小，是操縱飛機，保證飛行安全的重要參數(shù)。飛機升力為Y=CY SqC*第33/共45馬赫數(shù)對亞音速飛機，在飛機速度小于臨界馬赫數(shù)時，飛機具有速度穩(wěn)定性。達到臨界馬赫數(shù)時，飛機焦點后移，出現(xiàn)速度不穩(wěn)定，反操縱現(xiàn)象。飛機接近音速時，某些局部可能產(chǎn)生局部激波，阻力急劇增加，將會導致飛機的穩(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)。*第34/共45*第35/共45馬赫數(shù)與沖壓、靜壓的關(guān)系*第

10、36/共45溫度與馬赫數(shù)的關(guān)系馬赫數(shù)僅與動壓（或全壓）和靜壓有關(guān)，而與大氣靜溫（或大氣密度）無關(guān)。大氣總溫與靜溫之間的關(guān)系離不開馬赫數(shù)可根據(jù)總溫和馬赫數(shù)間接求解大氣溫度馬赫數(shù)表由皮托管引入全壓和靜壓到開口膜盒和密封殼體中。*第37/共45馬赫數(shù)表的結(jié)構(gòu)根據(jù)真空速與動壓、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)與動壓、靜壓的關(guān)系。若保持靜壓、氣溫不變，動壓增大時真空速相應(yīng)增大，而音速不變，所以馬赫數(shù)變大；若保持動壓、氣溫不變，靜壓減小，真空速也必然增大，馬赫數(shù)也要變大；若動壓、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。因此可知：馬赫數(shù)的大小只由動壓和靜壓來決定

11、，而與氣溫無關(guān)。*第38/共45馬赫數(shù)表與真空速表的不同馬赫數(shù)表利用一個開口膜盒感受動壓，利用真空膜盒感受靜壓，指針的指示按馬赫數(shù)與動壓、靜壓的函數(shù)關(guān)系式所表示的關(guān)系，隨動壓的增大而增大，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。 *第39/共45*第40/共45*第41/共45原理：根據(jù)M和動壓、靜壓的關(guān)系，利用開口膜盒測動壓、真空膜盒測靜壓，從而間接表示M。*第42/共45馬赫數(shù)表與組合型空速表的主要區(qū)別有以下兩點：從理論上講，它們的真空膜盒的特性曲線是不同的，馬赫數(shù)與氣溫無關(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

12、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，因為馬赫數(shù)只與動壓、靜壓有關(guān)，與氣溫無關(guān)，所以氣溫變化時，馬赫數(shù)表沒有氣溫修正。 *第43/共45用于計算各種大氣數(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) 大氣靜溫 總溫 馬赫數(shù)(IAS)指示空速 總壓 靜壓(CAS)計算空速 總壓 靜壓 SSE(TAS)真空速 總溫 馬赫數(shù)*第44/共45基本補償靜壓源誤差修正(SSEC)：修正因氣流流過飛機引起的靜壓誤差?？諝鈮嚎s補償：修正速度和高度變化引起的皮托管內(nèi)空氣