机载电子设备 第二章 飞行状态参数测量1教材课件.ppt
第二章 飞行状态参数测量,2012.10,2,主要内容,概述飞行高度测量飞行速度测量迎角和侧滑角测量大气数据计算机,3,0.概述,基于大气参数测量，用于反映飞行运动状态的仪表与传感器，称为大气数据仪表，主要包括气压高度表和空速表。小型飞机大多采用分立式的高度表和空速表。大、中型飞机上多采用大气数据计算机集中处理大气数据。,4,1.飞行高度测量,飞行高度的概念飞机高度的分类飞机上测量飞行高度的方法国际标准大气气压式高度表与传感器,5,1.1 飞行高度的概念,飞行高度指飞机的重心在空中距离某一基准平面的垂直距离。根据所选基准平面，飞行高度可分为：绝对高度相对高度真实高度标准气压高度,6,1.2 飞行高度的分类（1）,绝对高度 选实际海平面为基准平面，飞机重心在空中距离实际海平面的垂直距离。相对高度 选某一指定参考平面（如起飞或着陆机场的地平面）为基准面，飞机重心在空中距离指定参考平面的垂直距离。,7,1.2 飞行高度的分类（2）,真实高度 选飞机正下方的地面目标（如地面、水面、山峰等）之最高点与地面平行的平面为基准平面，飞机重心在空中距离此平面的垂直距离。标准气压高度 选标准（气压）海平面为基准平面，飞机重心在空中距离标准气压海平面的垂直距离。,绝对高度,真实高度,标高,压力高度,8,机场场面,山顶,相对高度,相对高度(relative Altitude)绝对高度（True Altitude）真实高度（Absolute Altitude）压力高度（Pressure Altitude）,9,1.3 飞机上测量飞行高度的方法(1),利用无线电波反射特性测量飞行高度 将飞行高度转换为无线电波传播时间的测量。多用于小高度测量。通过测量飞机垂直方向运动的线加速度(惯性导航)测量飞行高度 飞机相对于地面垂直运动的距离（高度）H，垂直速度 和垂直加速度 之间的关系为,10,1.3 飞机上测量飞行高度的方法(2),通过测量垂直线加速度（利用加速度计），并经两次积分可得飞行高度。通过测量大气参数测量飞行高度 在重力场内，大气压力、密度以及温度随高度增加而减小，因此，可以通过测量大气压力来测量飞行高度。多用于大高度测量。,11,1.4 国际标准大气（1）,大气是指地球周围的大气层。在世界的不同地区，其特点是不同的。为此，需要采用一组平均的条件，即：国际标准大气(ISA)。大气压力 地球周围的大气对物体存在着一定的压力，称为大气压力。大气压力的产生 宏观上，是大气的重力作用于物体表面；微观上，是气体分子布朗运动所产生的碰撞力。,12,1.4 国际标准大气（2）,地球大气层的划分：对流层：地表至818km（随纬度而变），存在强烈的空气对流；平流层：对流层顶部至50km，空气呈稳定的水平流动状态，25km以下，气温稳定；中间层：50km至85km，气温随高度递减；电离层：85km至800km，气温随高度递增，空气处于电离状态，存在大量自由电子；逃逸层：800km以上，空气密度极小，具有逃逸速度的粒子克服地球引力，不断地逃往太空。,13,1.4.1 ISA温度模型,气温垂直递减率(梯度),-1.98C/1000ft,国际标准的基础是海平面温度15C，气压 1013.25 hPa。海平面空气标准密度为1.225 kg/m3。,14,1.4.2 ISA气压模型,对应高度，温度是标准的。空气是理想气体。气体处于静平衡,气体状态方程为,dP=rgdh,R=通用气体常数(287.053 J/kg/K),理想气体方程为：,15,1.4.2 ISA气压模型,l 在平均海平面(MSL)：P0=1013.25 hPa,l 高于 MSL但低于对流层顶(36,089 英尺),l 在对流层顶以上(36,089 英尺)：,16,标准大气数据代入上式，得到 11000m以下 11000m25000m之间由此可知，标准气压高度是大气压力的单值函数。,1.4.2 ISA气压模型,17,在平均海平面(MSL)1.225 kg/m3,1.4.2 ISA密度模型,为计算给定高度的标准密度，空气假设为理想气体：,18,计算题 1.飞机在某飞行高度测得(1)PH1=560mmHg,(2)PH2=751mmHg,求：飞行高度分别是多少？这个高度是什么高度？2.某机场的标准气压高度是-50m，求该机场的气压。3.飞机在航线上某高地用无线电高度表测得H=2100m，若该高地的地点标高为3600m，求飞机此时的绝对高度H绝。,19,1.5 气压高度表与传感器,原理：通过测量大气压力（静压）来测量标准气压高度，从而表示飞行高度。传感器：可用各种测量绝对压力的弹性敏感元件，如膜盒、膜盒组或波纹管。,气压降低，压力高度增加。,20,机械式气压高度表原理结构,大气压力输入,21,用真空膜盒组感受大气压力，真空膜盒组的位移经连杆曲柄齿轮传动放大机构带动指针转过一定角度，从而在刻度盘上指示出气压高度值。为了提高读数灵敏度，这类高度表均采用多针指示。,1.5.1 机械式气压高度表测量原理(1),22,1.5.1 机械式气压高度表测量原理(2),整个高度表的机构装在气密的表壳中。周围空气的静压由导管输到表壳内并作用在真空膜盒组上。在膜盒的上中心固定一个第一类双金属补偿片，双金属的另一端通过连杆与曲柄活动连接。曲柄就是一个第二类双金属补偿片。真空膜盒的位移使曲柄轴、扇形齿轮转动，扇形齿轮带动增速齿轮使长指针转动；长指针转动的同时，又经过减速齿轮使短指针转动。,23,1.5.2 线性化问题,由于标准气压高度与大气压力之间是非线性关系，而高度表输出信号通常要求与标准气压高度呈线性特性，所以线性化需要在高度表中实现。线性化方法线性化由敏感元件实现，即采用非线性特性（位移与大气压力的关系）的敏感元件；如果采用线性特性的敏感元件，线性化可由非线性机械机构、非线性电位计或微处理器实现。,24,气压高度指示,25,1.5.3 气压高度表与传感器误差(1),（一）原理误差对于通过测量飞机所在处的大气压力来间接测量飞机高度的方法，只有在实际大气状况符合标准大气条件的前提下，才能按大气压力的单值函数及标准气压高度公式测出标准气压高度。若飞机所在处的实际大气状况不符合标准大气条件，则这种测量方法就有误差。这种误差由于测量方法的不完善而造成，故称原理误差。,26,1.5.3 气压高度表与传感器误差(2),气压高度表与传感器的原理误差主要是实际海平面大气参数 不符合标准海平面大气参数 引起的。它们所造成的原理误差可由标准气压高度公式的全微分方程求得，即 其中，,27,1.5.3 气压高度表与传感器误差(3),以011000m高度为例分析原理误差：（1）气压原理误差（实际海平面大气压 不等于标准海平面大气压 引起）上式表明，当，为正，仪表出现多指误差；反之，当，为负，仪表出现少指误差。,28,气压原理误差的产生,无误差,多指误差,实际气压偏低,29,1.5.3 气压高度表与传感器误差(4),气压误差的简化修正方法飞机着陆前，如果不修正气压误差，则不能安全着陆。修正方法是：转动气压调整钮，使气压刻度指示实际场压值。,30,1.5.3 气压高度表与传感器误差(5),（2）气温原理误差（实际海平面大气温度 不等于标准海平面大气压 引起）上式表明，当，为正，仪表出现多指误差；反之，当，为负，出现少指误差。气温误差修正需要同时引入高度H 和温度差，按上式进行修正。,31,气温原理误差的产生,无误差,少指误差,多指误差,实际温度偏高,实际温度偏低,基准温度,32,1.5.3 气压高度表与传感器误差(7),如果大气符合标准大气条件，则飞机所在气压面的高度等于高度表指示高度，高度表无误差。大气实际平均温度高于标准平均温度，大气膨胀，其顶面高度增高，为保持高度表指示不变（大气压力不变），飞机必须与顶面同时升高，此时，高度表指示小于实际飞行高度，即少指误差。反之，大气实际平均温度低于标准平均温度，高度表指示大于实际飞行高度，即多指误差。,33,1.5.3 气压高度表与传感器误差(8),（二）构造误差 由于材料、工艺和使用环境条件等因素的影响，气压高度表与传感器存在构造误差。（1）弹性敏感元件的温度误差 主要由弹性敏感元件的弹性模量随温度变化而引起的，用压力表示的温度误差：其中，是弹性模量温度系数，为负值。,34,1.5.3 气压高度表与传感器误差(9),以高度表示的温度误差 对于11000m以下高度范围，抑制温度误差的方法采用 较小的材料制造膜盒；温度补偿措施（如双金属补偿片）,35,1.5.3 气压高度表与传感器误差(10),双金属补偿片 由温度膨胀系数不同的两种金属片（如铜黄铜，钢瓦因钢）焊接而成。当温度增高，由于其中一金属片比另一金属片线膨胀系数大，双金属片向一侧弯曲；当温度降低，向另一侧弯曲。第一类补偿：补偿与高度无关的误差；第二类补偿：补偿随高度而变的温度误差。,36,1.5.4 气压高度表所能测量的高度,气压高度表与传感器测量的是标准气压高度。如果有气压修正机构，知道实际海平面的大气压力，经修正后可得到绝对高度。同理，如果知道指定参考平面（如起飞或着陆的机场）的大气压力，经修正可得到相对高度。理论上，只要知道飞机正下方地平面的大气压力，经修正可得到真实高度。,
