第13章仪表系统2011-1

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1、第13章 仪表系统,中国民航大学 空管学院,第13章 仪表系统,13.1 仪表系统概述 13.2 大气数据系统仪表 13.2 全/静压系统 13.3 大气数据计算机系统 13.4 陀螺与罗盘系统 13.5 电子仪表系统 13.6 飞行数据记录系统,13.1仪表系统概述,13.1.1 航空仪表的分类： 飞行仪表 指示飞行器在飞行中的运动参数，如陀螺仪表、加速度仪表和气压式仪表等。 发动机仪表 用于检查和指示发动机工作状态，如转速表、压力表、温度表和流量表等。 其他飞机系统仪表 用于指示飞机的其他系统（如液压、燃油、空调、起落架等）或设备的运行情况。,（1）飞行仪表,飞行仪表包括： 大气数据系统仪

2、表、姿态系统仪表、航向系统仪表和指引系统仪表。 大气数据系统仪表有： 高度表、升降速度表、指示空速表、马赫数表、大气静温表和空气总温表等； 姿态系统仪表有： 地平仪、转弯仪和侧滑仪等； 航向系统仪表有： 磁罗盘、陀螺罗盘和陀螺磁罗盘等； 指引系统仪表有： 姿态指引仪、水平指引仪等。,（2）发动机仪表,发动机仪表是指发动机工作系统中的各种参数测量仪表。 转速表(低压涡轮和高压涡轮转速表)、 压力比表(或推力表)和排气温度表(两表用于涡轮喷气或涡轮风扇发动机)、 燃油压力表、燃油油量表、燃油流量表、 滑油压力表、滑油温度表、滑油油量表、 发动机振动指示器、 油门指位表等。,（3）其他飞机系统仪表,

3、飞机的增压系统有： 座舱高度表、压差表、空气流量表、升降速度表和温度表等； 飞机液压系统有： 各种压力表和液压油油量表等； 灭火系统有： 各种压力表； 起落架收放位置表、襟翼位置表； 飞机电气设备有： 电流表、电压表、频率表等。 其他飞机系统仪表通常位于驾驶舱的顶板上。,13.1.2 航空仪表的发展历程,一、机械仪表阶段 二、电气仪表阶段 三、机电式伺服仪表阶段 四、综合指示仪表阶段 五、电子综合仪表阶段,机电式综合仪表及其布局,左、右分别为正、副驾驶员的飞行仪表，中间是发动机仪表,驾驶舱电子综合仪表,液晶显示器(LCD)取代了彩色阴极射线管( CRT)，,13.1.3 航空仪表的布局,无论分

4、离式仪表显示数据的格式，还是综合仪表显示数据的格式都遵循： 基本“T”型格式。,（1）分离式仪表“T”布局,六、仪表T型布局,（2）电子综合仪表的“T”型布局,仪表的T型布局,现代飞机综合电子仪表系统,综合电子仪表系统,电子飞行仪表系统,电子集成飞机监控系统,13.2 大气数据系统仪表,大气数据系统是测量大气状态参数，经计算输出飞行状态参数的设备。 大气状态参数：总温、静压、总压和迎角。 飞行状态参数：气压高度、指示空速升降速度、马赫数、真空速、总温Tt、静温Ts。 大气数据系统仪表包括： 高度测量与气压高度表； 空速及其指示仪表；,大气数据系统的输入参数,大气数据系统输入参数包括: 总温、静

5、压、总压和迎角。 总压和静压由全静压系统测量。 将来流的速度无摩擦地滞止到飞机的速度时，对应的压强和温度分别称为总压和总温。 总温指示是外界气温与全部冲压空气温升值之和。,13.2.1 气压高度表,气压式高度表 通过测量大气压力来测量飞行高度的仪表。 其实质是一种测量大气绝对压力的压力表。 一、高度分类及其定义： 飞行高度是飞行性能中的一个重要参数，它表示：飞机到某一基准水平面的铅垂距离，简称高度，通常以英尺或米为单位。 飞机上的高度表常用的是气压式高度表：大气压强随高度升高而减小，根据标准大气中压强与高度一一对应的关系，高度表测出压强大小，就可以表示高度的高低，这种高度称为气压高度。,气压高

6、度的分类及其定义,气压高度的分类及其定义（续）,绝对高度：从飞机重心到实际海平面（修正的海平面气压平面）的垂直距离； 相对高度：从飞机到某一指定参考平面（例如机场平面）的垂直距离； 标准气压高度：以标准海平面(760毫米汞柱高)为基准面，飞机重心到该基准面的高度； 真实高度：从飞机到其所在位置正下方地面的垂直距离。 飞行中需根据需要调整气压高度表的基准面。在起飞着陆时用相对高度；航线飞行时用标准气压高度；航测、空投及越障时常应用真实高度。,二、气压高度表的基本工作原理,飞机所在处的大气静压一般由全、静压管（也称“皮托管”）的管道引入。 基本原理： 气压与高度成单值函数关系，所以测量气压反映高度

7、 利用弹性真空膜盒感受气压，膜盒位移反映气压大小，经传送部分指示高度 以760mmHG/1013mb为测高基准，指针指零高度。,气压高度表原理,根据国际标准大气规定，气压与气压高度一一对应。因此，测得气压即由两者的对应关系得到气压高度。例如，当气压高度小于36089ft时，存在： 其中，p0是标准海平面压强， p0=29.9213英寸汞柱。,测量原理：根据标准大气压中气压（静压）与高度对应关系，测量气压的大小，就可以表示出高度的高低。,气压高度表,电动气压高度表,电动气压高度表指示高度范围从-1,000到50,000英尺。 工作原理： 电动气压高度表接收从ADC来的高度信号。高度信号经机械式的

8、气压修正后，通过伺服放大器放大驱动数字式高度显示和模拟式高度指针指示。,高度表指示说明,数字窗 显示当前高度。, 高度指针, 气压调定控制电门 修正气压调定值。,气压调定窗 以毫巴或英寸汞柱为单位。,基准高度游标 用基准高度游标控制电门人工调定所需基准高度。, 基准高度游标控制电门 人工调定基准高度游标。,测量原理：高度的变化率（或称垂直速度）就是单位时间内飞机高度的变化量。通过测量静压变化率的方法得到，也可通过惯性基准系统测得的垂直加速度通过积分得到。 飞机高度发生变化，气压也随着变化；气压变化快慢，可以表示飞机高度变化的快慢，即升降速度的大小。因此测量出气压变化的快慢，就能表示出飞机的升降

9、速度。,“0”表示飞机平飞 “0”以上表示飞机爬升 “0”以下表示飞机下降,13.2.2 升降速度表,13.2.3 空速及其指示仪表,空速是指飞机在纵轴对称面内相对于气流的运动速度，空速分为真空速、指示空速、计算空速等。 有关参数定义为： 静压（Ps）飞机周围静止空气压力。 动压（Qc）空气相对物体运动时所具有的动能转化而来的压力。 全压（Pt）空气在皮托管里全受阻时的压力，包括静压和动压。 高度（ALT）飞机相对某一基准面的垂直距离。 静温（SAT）飞机周围静止空气的温度。 大气总温（TAT）大气静温加上由于气流摩擦生热和温度探头前气流受压缩而上升的温度。也称全受阻温度。,有关参数定义（续）

10、,马赫数（M）真空速与本地音速之比。 指示空速（IAS）-空速表根据动压计算的空速，未经任何补偿，也称表速。IAS是动压q的单值函数，测量动压便能反映IAS的大小。 计算空速（CAS）补偿了静压源误差后的指示空速。（即： IAS修正了气源误差（SSE）及非线性误差后为CAS（校准空速）。） 真空速（TAS）补偿了由于空气密度和压缩性变化所引起的误差后的计算空速。,二、测量空速的基本原理,测量出气流速度，即可测出空速。流动的空气具有动压，通过测量动压可计算空速。 当气流相对于飞机运动时，在正对气流运动方向的飞机表面上，气流完全受阻，速度降低到零。在此条件下，气流分子的规律运动全部转化为分子的热运

11、动，气流的动能全部转化为压力能和内能，因而空气的温度升高，压力增大。这个压力叫做全受阻压力PT。（简称全压或总压）。 全压与静压之差，叫做动压Pd 。 动压的大小与气流速度等因素有关，利用开口膜盒在动压的作用下膨胀，带动指针指示。因此指针的指示可以反映气流速度的大小。,空速管的结构,空速表,测量原理：根据空速与动压的关系，利用开口膜盒测量动压，从而得到指示空速。,13.2.4 马赫数表,当飞行的马赫数超过临界马赫数时，必须用马赫数表来测量马赫数的大小，使飞行员在高速飞行时能正确地操纵飞机，保证飞行安全。 马赫数的大小只由动压和静压来决定，而与气温无关。马赫数表就是用一个开口膜盒测量动压，而用一

12、个真空膜盒测量静压，经过传动机构使指针指示马赫数的仪表。,马赫数表原理,在亚音速时，由流体力学的总/静压关系方程： 其中，k是绝热指数，对于空气k=1.4； pt为总压；p为静压。由式可见，只要已知总压和静压即可得到马赫数。总压和静压由全静压系统测得。,马赫空速表,结构与测量原理与空速表基本相同。,13.2全/静压系统,全/静压系统功用收集并传送全压和静压。 全/静压系统组成部分： 全/静压探头收集全静压。 加温电阻丝防止空气中的水分，在高空全/静压口处结冰。 管路铝管和软管。 全/静压管（探头）,传感器测量装置,（1）全/静压管（探头）,（2）总温探头,（3）迎角传感器,探头,迎角传感器,总

13、压孔,静压孔,总温探头,全静压系统,四个全静压系统：机长的、副驾驶的、一号辅助和二号辅助系统。,一个备用静压系统,主全静压系统的压力由机身前部的四个皮托和静压探头共同提供。每个探头提供一个动压和两个静压输入。,所有静压系统交叉连接,全静压系统堵塞或结冰会对飞行管理计算机、自动油门、马赫/空速表、高度表、垂直速率表、飞行控制计算机、近地警告系统、应答机高度报告等系统造成影响。,13.3大气数据计算机系统ADCS,DADC与分立式仪表相比，优点有： 延迟误差小： 计算速度快;能完善补偿各种误差； 监控能力强； 能诊断故障源，便于维修; 重量轻，经济等。,13.3.1 传感器元件,一、温度传感器 温

14、度传感器又称总温探头，是大气数据计算机重要的信号源，装在机身外部没有气流扰动的蒙皮上，其对称轴与飞机纵轴平行。 总温探头不是大气数据计算机的部件。,总温,飞行中,由于飞机相对空气运动,会使气流受阻,温度升高,升高的温度叫动力温度,它与空气静温之和叫全受阻温度或总温。 大气数据计算机中温度传感器的作用就是测量总温,所以又称为总温传感器。 感温电阻的电阻值与总温相对应,该电阻值经电路转换,输出与总温相对应的电压值。,温度指示,现代飞机上在ECAM的下显示器（SD）的下部显示出总温和静温。,传感器元件（续）,二、气流角度传感器 右图为测量迎角()和侧滑角()，通常将传感器设计成能伸出到飞机外的气流中

15、，但安装处应无扰动气流。常用的传感器通常有两种形式如图所示 。,迎角,叶片具有对称的剖面形状，故在飞行中它始终停留在使其本身的对称面与气流速度平行的方向上。传感器相当飞机的纵轴平行安装，所以叶片旋转的角度就是飞机迎角。,迎角传感器,13.3.2 数字式大气数据计算机,数字式大气计算机（DADC）可实现:从各传感器采集数据后进行运算处理、显示及记录，还可为自动飞行控制系统提供所需的数据。 DADC以微处理机为核心，是典型的综合测量系统。它靠少量的传感器获得基本信息，通过微处理机计算出高度、空速、马赫数、升降速度等十几个至上百个有用的参数。,数字式大气数据计算机,机上装有两台大气数据计算机，每部计

16、算机接收相应飞行员全静压系统的全压（又称总压）和静压输入。 大气数据计算机将这些压力信号转化为电信号，这些信号被用于控制不同的飞行仪表和飞机系统。 只要交流汇流条有电，大气数据计算机就有电。,一、大气数据计算机的基本原理,数字式大气数据计算机接收全压、静压和总温信号、迎角传感器信号和气压校正信息，并根据这些信号计算出高度、计算空速、真空速、马赫数、升降速率、和静温、动压、全压、迎角等. 提供给各显示部件、警告部件、飞行控制系统、飞行管理计算机及惯导系统等。,二、DADC主要输入/输出,DADC主要输入：DADC主要输出： 全压； 高度； 静压； 计算空速； 总温； 真空速； 攻角（迎角）； 马赫数； 气压（BARO）修正。升降速度； 静温。,13.4陀螺和姿态仪表,飞机上的很多系统和设备，例如地平仪、航向陀螺、惯性导航系统等，都是利用陀螺原理工作的。 飞机姿态仪表主要是指测量飞机姿态