機(jī)載電子設(shè)備課件-2第二章1new

第二章飛行狀態(tài)參數(shù)測量2009

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.272主要內(nèi)容概述飛行高度測量飛行速度測量迎角和側(cè)滑角測量大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)30.概述基于大氣參數(shù)測量，用于反映飛行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的儀表與傳感器，稱為大氣數(shù)據(jù)儀表，主要包括氣壓高度表和空速表。小型飛機(jī)大多采用分立式的高度表和空速表。大、中型飛機(jī)上多采用大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)集中處理大氣數(shù)據(jù)。41.飛行高度測量飛行高度的概念飛機(jī)高度的分類飛機(jī)上測量飛行高度的方法國際標(biāo)準(zhǔn)大氣氣壓式高度表與傳感器51.1飛行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。根據(jù)所選基準(zhǔn)平面，飛行高度可分為：絕對高度相對高度真實(shí)高度標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度61.2飛行高度的分類（1）絕對高度選實(shí)際海平面為基準(zhǔn)平面，飛機(jī)重心在空中距離實(shí)際海平面的垂直距離。相對高度選某一指定參考平面（如起飛或著陸機(jī)場的地平面）為基準(zhǔn)面，飛機(jī)重心在空中距離指定參考平面的垂直距離。71.2飛行高度的分類（2）真實(shí)高度選飛機(jī)正下方的地面目標(biāo)（如地面、水面、山峰等）之最高點(diǎn)與地面平行的平面為基準(zhǔn)平面，飛機(jī)重心在空中距離此平面的垂直距離。標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度選標(biāo)準(zhǔn)（氣壓）海平面為基準(zhǔn)平面，飛機(jī)重心在空中距離標(biāo)準(zhǔn)氣壓海平面的垂直距離。8機(jī)場場面山頂91.3飛機(jī)上測量飛行高度的方法(1)利用無線電波反射特性測量飛行高度將飛行高度轉(zhuǎn)換為無線電波傳播時(shí)間的測量。多用于小高度測量。通過測量飛機(jī)垂直方向運(yùn)動(dòng)的線加速度(慣性導(dǎo)航)測量飛行高度飛機(jī)相對于地面垂直運(yùn)動(dòng)的距離（高度）H，垂直速度和垂直加速度之間的關(guān)系為

101.3飛機(jī)上測量飛行高度的方法(2)

通過測量垂直線加速度（利用加速度計(jì)），并經(jīng)兩次積分可得飛行高度。通過測量大氣參數(shù)測量飛行高度在重力場內(nèi)，大氣壓力、密度以及溫度隨高度增加而減小，因此，可以通過測量大氣壓力來測量飛行高度。多用于大高度測量。111.4國際標(biāo)準(zhǔn)大氣（1）大氣壓力

地球周圍的大氣對物體存在著一定的壓力，稱為大氣壓力。大氣壓力的產(chǎn)生宏觀上，是大氣的重力作用于物體表面；微觀上，是氣體分子布朗運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的碰撞力。121.4國際標(biāo)準(zhǔn)大氣（2）地球大氣層的劃分：對流層：地表至8～18km（隨緯度而變），存在強(qiáng)烈的空氣對流；平流層：對流層頂部至50km，空氣呈穩(wěn)定的水平流動(dòng)狀態(tài)，25km以下，氣溫穩(wěn)定；中間層：50km至85km，氣溫隨高度遞減；

電離層：85km至800km，氣溫隨高度遞增，空氣處于電離狀態(tài)，存在大量自由電子；逃逸層：800km以上，空氣密度極小，具有逃逸速度的粒子克服地球引力，不斷地逃往太空。131.4國際標(biāo)準(zhǔn)大氣（3）國際標(biāo)準(zhǔn)大氣條件以平均海平面為零高度，標(biāo)準(zhǔn)空氣壓力為760mmHg，氣溫為

，空氣密度為，對流層的頂界為11km，在對流層內(nèi)，氣溫垂直遞減率(梯度)為；平流層，高度低于25km時(shí)，氣溫不隨高度變化，等于

；空氣的氣體常數(shù)

R為。上述數(shù)據(jù)與北緯至

歐洲地區(qū)的平均大氣數(shù)據(jù)值相近。141.4國際標(biāo)準(zhǔn)大氣（4）在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，推出高度與大氣壓力對應(yīng)關(guān)系：（）其中，為高度H處的大氣壓力。（）

151.4國際標(biāo)準(zhǔn)大氣（5）標(biāo)準(zhǔn)大氣數(shù)據(jù)代入上式，得到

11000m以下

11000m~25000m之間由此可知，標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度是大氣壓力的單值函數(shù)。161.5氣壓高度表與傳感器原理：通過測量大氣壓力（靜壓）來測量標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度，從而表示飛行高度。傳感器：可用各種測量絕對壓力的彈性敏感元件，如膜盒、膜盒組或波紋管。17機(jī)械式氣壓高度表原理結(jié)構(gòu)大氣壓力輸入181.5.1機(jī)械式氣壓高度表測量原理(1)用真空膜盒組感受大氣壓力，真空膜盒組的位移經(jīng)連桿—曲柄—齒輪傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)過一定角度，從而在刻度盤上指示出氣壓高度值。為了提高讀數(shù)靈敏度，這類高度表均采用多針指示。191.5.1機(jī)械式氣壓高度表測量原理(2)整個(gè)高度表的機(jī)構(gòu)裝在氣密的表殼中。周圍空氣的靜壓由導(dǎo)管輸?shù)奖須?nèi)并作用在真空膜盒組上。在膜盒的上中心固定一個(gè)第一類雙金屬補(bǔ)償片，雙金屬的另一端通過連桿與曲柄活動(dòng)連接。曲柄就是一個(gè)第二類雙金屬補(bǔ)償片。真空膜盒的位移使曲柄軸、扇形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，扇形齒輪帶動(dòng)增速齒輪使長指針轉(zhuǎn)動(dòng)；長指針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，又經(jīng)過減速齒輪使短指針轉(zhuǎn)動(dòng)。201.5.2線性化問題由于標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度與大氣壓力之間是非線性關(guān)系，而高度表輸出信號通常要求與標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度呈線性特性，所以線性化需要在高度表中實(shí)現(xiàn)。線性化方法線性化由敏感元件實(shí)現(xiàn)，即采用非線性特性（位移與大氣壓力的關(guān)系）的敏感元件；如果采用線性特性的敏感元件，線性化可由非線性機(jī)械機(jī)構(gòu)、非線性電位計(jì)或微處理器實(shí)現(xiàn)。21氣壓高度指示221.5.3氣壓高度表與傳感器誤差(1)（一）原理誤差對于通過測量飛機(jī)所在處的大氣壓力來間接測量飛機(jī)高度的方法，只有在實(shí)際大氣狀況符合標(biāo)準(zhǔn)大氣條件的前提下，才能按大氣壓力的單值函數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度公式測出標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度。若飛機(jī)所在處的實(shí)際大氣狀況不符合標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，則這種測量方法就有誤差。這種誤差由于測量方法的不完善而造成，故稱原理誤差。231.5.3氣壓高度表與傳感器誤差(2)氣壓高度表與傳感器的原理誤差主要是實(shí)際海平面大氣參數(shù)不符合標(biāo)準(zhǔn)海平面大氣參數(shù)引起的。它們所造成的原理誤差可由標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度公式的全微分方程求得，即其中，

，241.5.3氣壓高度表與傳感器誤差(3)以0～11000m高度為例分析原理誤差：（1）氣壓原理誤差（實(shí)際海平面大氣壓不等于標(biāo)準(zhǔn)海平面大氣壓引起）上式表明，當(dāng)，為正，儀表出現(xiàn)多指誤差；反之，當(dāng)

，為負(fù)，儀表出現(xiàn)少指誤差。25氣壓原理誤差的產(chǎn)生無誤差多指誤差實(shí)際氣壓偏低261.5.3氣壓高度表與傳感器誤差(4)氣壓誤差的簡化修正方法飛機(jī)著陸前，如果不修正氣壓誤差，則不能安全著陸。修正方法是：轉(zhuǎn)動(dòng)氣壓調(diào)整鈕，使氣壓刻度指示實(shí)際場壓值。

271.5.3氣壓高度表與傳感器誤差(5)（2）氣溫原理誤差（實(shí)際海平面大氣溫度不等于標(biāo)準(zhǔn)海平面大氣壓引起）上式表明，當(dāng)，為正，儀表出現(xiàn)多指誤差；反之，當(dāng)，為負(fù)，出現(xiàn)少指誤差。氣溫誤差修正需要同時(shí)引入高度H和溫度差，按上式進(jìn)行修正。28氣溫原理誤差的產(chǎn)生無誤差少指誤差多指誤差實(shí)際溫度偏高實(shí)際溫度偏低基準(zhǔn)溫度291.5.3氣壓高度表與傳感器誤差(7)如果大氣符合標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，則飛機(jī)所在氣壓面的高度等于高度表指示高度，高度表無誤差。大氣實(shí)際平均溫度高于標(biāo)準(zhǔn)平均溫度，大氣膨脹，其頂面高度增高，為保持高度表指示不變（大氣壓力不變），飛機(jī)必須與頂面同時(shí)升高，此時(shí)，高度表指示小于實(shí)際飛行高度，即少指誤差。反之，大氣實(shí)際平均溫度低于標(biāo)準(zhǔn)平均溫度，高度表指示大于實(shí)際飛行高度，即多指誤差。301.5.3氣壓高度表與傳感器誤差(8)（二）構(gòu)造誤差由于材料、工藝和使用環(huán)境條件等因素的影響，氣壓高度表與傳感器存在構(gòu)造誤差。（1）彈性敏感元件的溫度誤差主要由彈性敏感元件的彈性模量隨溫度變化而引起的，用壓力表示的溫度誤差：其中，

是彈性模量溫度系數(shù)，為負(fù)值。311.5.3氣壓高度表與傳感器誤差(9)以高度表示的溫度誤差

對于11000m以下高度范圍，抑制溫度誤差的方法采用較小的材料制造膜盒；溫度補(bǔ)償措施（如雙金屬補(bǔ)償片）321.5.3氣壓高度表與傳感器誤差(10)雙金屬補(bǔ)償片由溫度膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片（如銅－黃銅，鋼－瓦因鋼）焊接而成。當(dāng)溫度增高，由于其中一金屬片比另一金屬片線膨脹系數(shù)大，雙金屬片向一側(cè)彎曲；當(dāng)溫度降低，向另一側(cè)彎曲。