航空仪表总结

以前在培训的时候上过一门课叫做《机载设备》，讲了很多航空仪表的工作原理，感觉比较有趣也很有用，特别想总结一下。

一、传统的航空仪表有哪些？

大气仪表：空速表、高度表、升降速度表

航向仪表：磁罗盘、陀螺罗盘、陀螺磁罗盘

姿态仪表：地平仪、转弯侧滑仪

上面是本文所涉及到的仪表，对于它们的名称及工作原理，初学的时候特别容易搞混淆，尤其是航向仪表。为了清楚地理解和区分，我们要从三个关键词入手：大气、陀螺、磁。

今天我们先来看看涉及“大气”的仪表。

二、大气数据仪表

这里的大气数据主要是指压力（全压和静压），涉及到的仪表有：空速表、高度表、升降速率表。

学习空速表之前，强烈推荐先阅读上一篇文章《空速管和皮托管有什么区别》

（一）空速表

1、基本原理

空速表的测量原理其实并不复杂，空速表本身是一个壳体，内部安装了一个开口膜盒。

开口膜盒外接全压孔，壳体外接静压孔，全压和静压之间的差，也就是动压，会造成膜盒的收缩，从而带动指针转动。

2、关于堵塞

在考私照理论知识的时候，会经常遇到这样的题，问你全压孔、静压孔堵塞的时候，对仪表指示会造成什么影响。其实答案不用去记忆，只要能够想明白它的工作原理，就能自己分析出来。

公式：动压（表速）＝全压 – 静压

记住，全压是减数，静压是被减数

静压孔堵塞

也就是说，静压被封死在壳体里了，将永远保持不变。

飞机爬升，静压本来应该减小，但是没有减小，（被减数大了），导致表速偏小

飞机下降，静压本来应该增大，但是没有增大，（被减数小了），导致表速偏大

全压孔堵塞

按理来说，全压应该是被封死在膜盒里了，但是不同于静压孔堵塞，这里又分为两种情况。因为，全压管还连接着一个排水孔。

（1）如果全压孔堵塞，排水孔也堵塞

那么，全压将被封死在膜盒里，将永远保持不变

（2）如果全压孔堵塞，排水孔没有堵塞

那么此时膜盒内的气体将慢慢地从排水孔溢出，最终全压会减小到和静压一样的大小。此时的空速就会变为0

3、关于误差

误差一般分为机械误差和方法误差。

机械误差：很好理解，只要是机器都会出现误差。

方法误差：一般是由于气温、气压所造成的误差，这点我还没有摸透。

4、 空速表的识读

要理解空速表的识读，需要理解一个叫做“形态”的词。这个词第一次听上去挺玄乎的，实际上，对于小飞机来说，它就是根据襟翼的位置来划分的。当襟翼处于完全放下的位置时，这时的形态叫做“着陆形态”。当襟翼处于完全收上的位置时，叫做“光洁形态”。

那么着陆形态和光洁形态对飞机的空速有什么影响呢？

（1）着陆形态

飞机的襟翼是通过结构件和机翼连接在一起的，如果襟翼放下的时候，飞行速度太大了，就有可能对结构件造成损坏。这就要求了飞机在襟翼放下的时候，空速不能超过某一个值。同时，不管是哪种形态，飞机的空速也不能小于最小值，否则就失速了。

那么在着陆构型下，飞行的速度范围就要保持在最大值和最小值之间，这个范围也就是白弧所在的速度范围，这个最大值就是白弧的上限，叫做VFE（着陆形态最大速度），最小值就是白弧的下限VS0 （着陆形态失速速度）。

（2）光洁形态

和着陆形态一样，光洁形态下飞机的飞行速度也对应着一个范围以及最大值和最小值，这个范围是图中的绿区加上黄区，最大值是红线处，对应的速度叫做VNE 极限速度（Never Exceed），最小值是绿弧的下限，对应的速度叫做VS1 光洁形态下失速速度

那么，这里的黄区是用来干嘛的呢？

黄区代表的是警戒速度范围，它意义在于：只有当飞机处于平稳气流中时才可在此范围飞行。也就是说，如果遇到了强烈的颠簸，则需要减速到绿区飞行，否则可能会对飞机造成结构损伤。黄区和绿区交界的速度叫做VNO 最大结构强度巡航速度（Normal Operation）

（二）高度表

1、 基本原理

不同于空速表，它的膜盒是一个真空膜盒（没有开口，不用外接压力源），壳体外接静压孔，通过膜盒内和壳体内的压差带动指针转动。

2、关于堵塞

高度表的堵塞情况就比较简单了，静压孔被堵塞后，壳体内的静压被密封起来，因此指示将保持不变。

3、关于误差

同空速表一样，也存在机械误差和方法误差（气温、气压）。这里比较值得一讲的是它的方法误差。要理解这个误差，需要用到一个“空气柱”的概念。

为了方便理解，我们假设标准大气压为1000hpa

1000hpa对应的高度为0m

700hpa对应的高度为3000m

也就是说，从1000到700之间的这段“空气柱”，对应的气压高度为3000m，飞机距离地面的真实高度也是3000m。

（1）气温方法误差

假设基准面的气温大于标准气温，则会造成这段“空气柱”膨胀，也就是说，飞机需要飞到更高的真实高度，才能达到气压高度3000m。这就造成了气压高度＜真实高度（高度表少指）。

（2）气压方法误差

假设基准面的气压小于标准气压，也就是说选择了一个气压较低（高度较高）的基准面作为0m，那就相当于0m的基准面被上移了（误以500m的平面作为0m的基准面）。换句话说，过高的基准面已经帮你爬了500m了，这也就相当于应该爬的“空气柱”给砍了一节。这就造成了气压高度＞真实高度（高度表多指）。

我个人觉得上面的理论很难理解，如果你也一样，没关系，记口诀：“高温高压少指，低温低压多指”

（三）升降速度表

1、基本原理

升降速率表最值得一提的就是它利用了毛细作用。

静压源同时提供给壳体和开口膜盒，但是注意，提供给壳体的静压是经过一根“毛细管”进入壳体的，由于毛细管有阻滞延时作用，这就造成了壳体和开口膜盒会形成一段时间的压差，从而测得升降速率。

2、关于堵塞

如果静压孔堵塞，那么壳体和膜盒的压强会缓慢趋向平衡最终指针指示0

以上就是对三种大气数据仪表的总结，需要注意的地方是

1、 只有空速表同时利用了全压和静压，其它两个表只是用了静压

2、 三个表所利用的膜盒设计略有不同，只有升降速率表利用了毛细管作用

3、 这一整套系统称为全-静压系统

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