飞行器仪表原理相关知识——空速表和升降速度表

提供者:  来源:河北天启通宇航空器材科技发展有限公司,法国DTA航空,天启通宇航空,JRO自转旋翼机,COMBO(亢保)动力三角翼,旅行者动力三角翼   时间:2022-07-11  

  • 空速管和空速表

空速管也叫皮托管总压管风向标气流方向传感器或流向角感应器,与精密电位计(或同步机或解析器)连接在一起,提供出一个表示相对于大气数据桁架纵轴的空气流方向的电信号主要是用来测量飞机速度,同时还兼具其他多种功能。
空速管测量飞机速度的原理是这样的,当飞机向前飞行时,气流便冲进空速管,在管子末端的感应器会感受到气流的冲击力量,即动压。飞机飞得越快,动压就越大。如果将空气静止时的压力即静压和动压相比就可以知道冲进来的空气有多快,也就是飞机飞得有多快。比较两种压力的工具是一个用上下两片很薄的金属片制成的表面带波纹的空心圆形盒子,称为膜盒。这盒子是密封的,但有一根管子与空速管相连。如果飞机速度快,动压便增大,膜盒内压力增加,膜盒会鼓起来。用一个由小杠杆和齿轮等组成的装置可以将膜盒的变形测量出来并用指针显示,这就是最简单的飞机空速表。
现代的空速管除了正前方开孔外,还在管的四周开有很多小孔,并用另一根管子通到空速表内来测量静止大气压力,这一压力称静压。空速表内膜盒的变形大小就是由膜盒外的静压与膜盒内动压的差别决定的。 空速管测量出来的静压还可以用来作为高度表的计算参数。如果膜盒完全密封,里面的压力始终保持相当于地面空气的压力。这样当飞机飞到空中,高度增加,空速管测得的静压下降,膜盒便会鼓起来,测量膜盒的变形即可测得飞机高度这种高度表称为气压式高度表。
利用空速管测得的静压还可以制成"升降速度表",即测量飞机高度变化快慢(爬升率)。表内也有一个膜盒,不过膜盒内的压力不是根据空速管测得的动压而是通过专门一根在出口处开有一小孔的管子测得的。这根管子上的小孔大小是特别设计的,用来限制膜盒内气压变化的快慢。如果飞机上升很快,膜盒内的气压受小孔的制约不能很快下降,而膜盒外的气压由于有直通空速管上的静压孔,可以很快达到相当于外面大气的压力,于是膜盒鼓起来。测量膜盒的变形大小即可算出飞机上升的快慢。飞机下降时,情况正相反。膜盒外压力急速增加,而膜盒内的气压只能缓慢升高,于是膜盒下陷,带动指针,显示负爬升率,即下降速率。飞机平飞后,膜盒内外气压逐渐相等,膜盒恢复正常形状,升降速度表指示为零。
空速管是飞机上极为重要的测量工具。它的安装位置一定要在飞机外面气流较少受到飞机影响的区域,一般在机头正前方,垂尾或翼尖前方。同时为了保险起见,一架飞机通常安装2副以上空速管。有的飞机在机身两侧有2根小的空速管。美国隐身战斗机F-117在机头最前方安装了4根全向大气数据探管,因此该机不但可以测大气动压、静压,而且还可以测量飞机的侧滑角和迎角。有的飞机上的空速管外侧还装有几片小叶片,也可以起到类似作用;垂直安装的用来测量飞机侧滑角,水平安装的叶片可测量飞机迎角。
空速管测量出来的速度并非是飞机真正相对于地面的速度,而只是相对于大气的速度,所以称为空速。如果有风,飞机相对地面的速度(称地速)还应加上风速(顺风飞行)或减去风速(逆风飞行)。另外空速管测速原理利用到动压,而动压和大气密度有关。同样的相对气流速度,如果大气密度低,动压便小,空速表中的膜盒变形就小。所以相同的空速,在高空指示值比在低空小。这种空速一般称为"表速"。现代的空速表上都有两根指针,一根比较细,一根比较宽。宽的指针指示"表速",而细的一根指示的是经过各种修正的相当于地面大气压力时的空速,称为 "实速"。

  • 升降速度表

升降速度表又叫垂直速度表,用以测量飞机上升和下降的垂速度、即飞机的高度变化率。测量升降速度常用的方法是在飞行高度测量装置中,增加一个微分装置或一个压力延迟部件。分立式升降速度表常采用后者。升降速度测量装置的指示能同时反映升降速度的大小和升降方向(即上升或下降)。仪表外密封,表内有一个开口膜盒,膜盒内腔经一个粗的传压管与空气静压相通,而膜盒的外部(即仪表内腔)通过一根毛细管也与空气静压相连。
这样,当飞机上升或下降时,膜盒内腔压力基本上随高度的变化而变化,但膜盒外部即表壳内的气压因受毛细管的阻滞作用,变化缓慢,产生压力差。高度变化越剧烈,膜盒所承受的压力差越大,经传动机构带动指针的转角也越大。膜盒的膨胀或收缩决定于飞机是升高还是下降。升高时,由于高空气压减小,膜盒内腔压力低于外部,膜盒将收缩,经传动机构带动指针向上偏转相应角度指示上升速率。当飞机下滑或俯冲时,情况正好相反。而当飞机平飞时,毛细管前后压力平衡,膜盒内外压力相等,指针平指,指示升降率为零。


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