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1、第二章 飞行状态参数测量,2009 . 09 . 27,2,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,纵轴:飞行方向及飞机推力和阻力作用方向;横轴:飞机测滑或横向力作用方向;垂直轴:飞机升力和重力作用方向。 飞机(右手)坐标系,4,飞机的XY平面,5,飞机的XZ平面,6,2.1 飞行速度的种类(1),飞行速度指飞机在所选坐标系内运动时,沿其重心运动轨迹切线方向的速度。 飞机相对地球坐标系的运动速度 地速 :飞机沿地平面运动的水平速度分量。 升降(垂直)速度 :飞机沿地垂线方向运动的速度分量。,7,2.1 飞行速度的种类(2),飞机相对空气的运动速度 空速
2、 :飞机在纵轴对称平面XY内相对气流的运动速度。 测滑速度 :飞机在垂直截面YZ内横轴Z相对气流的运动速度。,8,飞机的YZ平面,9,2.1.2 飞行状态的角度参量,俯仰角 :飞机纵轴与地平面的夹角。 倾斜角 :飞机横轴与地平面的夹角。 航向角 :飞机纵轴与地理子午线(经线)的夹角。 迎角 :飞机纵轴与迎面气流之间的夹角,又称攻角或冲角。 侧滑角 :飞机横轴与侧向气流之间的夹角。 偏流角 :地速与空速之间的夹角。,10,2.2 空速测量(1),根据空速,飞行员可以判断作用在飞机上的空气动力情况,从而正确地操纵飞机; 根据空速,可以计算出地速,从而确定飞机已飞距离和待飞距离。,11,2.2 空速
3、测量(2),飞机的空速可分为 (真)空速:飞机相对于空气运动的真实速度; 指示空速:根据海平面标准大气条件下动压测定的空速,又称表速; 马赫数:(真)空速与飞机所在高度的音速之比。,12,2.2.1 空速测量的理论基础(1),假设气流是由许多流管组成的。 机翼上表面气流流管细、流速快、压力低;机翼下表面气流流管粗、流速慢、压力高。,处于空气流管中的机翼(横向剖面),13,2.2.1 空速测量的理论基础(2),连续性定理(流管流速 与管截面 关系) 当空气稳定地流过直径变化的流管时,在同一时间内,流入任一截面的气流质量与从另一截面流出的气流质量相等,即 (如果气体密度不变),空气流管,14,2.
4、2.1 空速测量的理论基础(3),伯努利定理(流速与压力的关系) 当空气稳定流动且绝热,又不考虑流体压缩效应(即密度 不变,流速小于300km/h)时,不同截面处气流所具有的静压和动压之和保持不变。此条件下的伯努利方程为: 其中, 为静压 , 为动压(与流速有关) 。静压与动压之和称为总压。,15,2.2.1 空速测量的理论基础(4),动压:由气体动能转变成的压力。 静压(大气压力):气体未受扰动时本身实际具有的压力。,16,2.2.1 空速测量的理论基础(5),当气流速度较大(大于300km/h,但不超过音速),考虑到流体压缩效应(即密度变化),且压缩过程是绝热过程,则伯努利方程表示为: 其
5、中, 为绝热系数,对于空气 。,17,2.2.1 空速测量的理论基础(6),当空气与飞机间的相对速度大于音速,将产生激波,激波后的空气压力、密度和温度将发生急剧变化,前述的伯努利方程已不适用。,18,2.2.1 空速测量的理论基础(7),对于超音速流,空气的总压、静压(即大气压力)与流速之间的关系: 即 其中, 为空气总压, 为空气静压,c为音速,19,2.2.1 空速测量的理论基础(8),空气中的音速 音波传递将扰动空气,使空气压力、密度发生变化。绝热过程中,音速表达式: (R为空气的气体常数) 音速在空气中表达式 其中, 为标准海平面的气温和相应的温度梯度,H为高度。,20,2.2.1 空
6、速测量的理论基础(9),马赫数(空速与飞机所在高度的音速的比值) 在1100020000m高度,,21,2.2.2 压力法空速测量原理(1),原理:通过测量空气压力来测量空速。 测压元件:皮托管 (空速管),即总静压管。 用皮托管引入气流来测量其压力。,皮托管测压原理,分界流管,总压,静压,22,2.2.2 压力法空速测量原理(2),皮托管测压原理 皮托管由两个同心圆管组成。内管的端部对准气流,外管的端部封闭,但在外侧面开有许多圆形小孔。 当气流流过圆管时,被圆管前缘分为两部分:一部分流过圆管上部,另一部分流过圆管下部。中间存在一个分界流管,这个流管既不向上弯,也不向下弯,沿法向方向接近圆管,
7、撞击在圆管上(A点),气流受阻滞而完全失去动能。,23,2.2.2 压力法空速测量原理(3),A点称为停滞点或驻点。在A点,气流速度变为0,气流动能完全转变为压力能。这一点的压力 即为总压 。 由伯努利方程,I和II截面处 在截面III处,可认为气流未受扰动,即 所以,从皮托管外侧小圆孔引入的压力即为大气静压 。,24,2.2.2 压力法空速测量原理(4),飞行速度较小,不考虑空气压缩性 则 或 由 ,可得,25,2.2.2 压力法空速测量原理(5),飞行速度小于音速,但考虑空气压缩性 根据气体状态方程,并假设空气压缩为绝热过程,有 则,26,2.2.2 压力法空速测量原理(6),由此, 应用
8、二项式定理,27,2.2.2 压力法空速测量原理(7),为压缩效应修正系数 当飞行速度大于音速 或,28,2.2.2 压力法空速测量原理(8),为飞行速度大于音速时的压缩效应修正系数:,29,2.2.3 热力法空速测量原理(1),原理:空气压力和密度与空气温度有关,故通过测量空气温度可测出空速。 由于 ,飞行速度小于音速时,伯努利方程可写做 在驻点A处, 即,30,2.2.3 热力法空速测量原理(2),驻点A的温度 由两部分组成,一部分是未受扰动气流的温度 ,即大气静温 ;另一部分由动能转换成热能所产生的温度,与流速有关,称为动力(附加)温度。驻点温度称为总温 : 即 或,31,2.2.3 热
9、力法空速测量原理(3),由于在驻点空气的动能不可能全部转换成热能(存在热损失),则 其中, 为阻滞系数或恢复系数。,32,空速指示器 (单位:节knots,即海里/小时),33,2.2.4 空速表原理(1),通过测量动压、静压和静温得到(真)空速。 在飞机上直接准确地测量静温也很困难,使这一测量原理较少应用。 由于静温与静压存在对应关系,可将静温量转换为静压量,从而简化测量。,34,2.2.4 空速表原理(2),原理:通过测量动压和静压得到空速。 则 其中,K为常数。,35,2.2.5 机械式组合空速表(1),组合空速表,真空膜盒,开口膜盒,拨杆,扇形齿轮,扇形齿轮,垫棍,拨杆,36,2.2.
10、5 机械式组合空速表(2),开口膜盒2感受动压,真空膜盒1感受静压 开口膜盒的位移与动压关系: 真空膜盒的位移与静压关系: (真)空速由真空膜盒1、开口膜盒2驱动,并垫棍14、拨杆13、15实现除法运算后,由拨杆6、7和扇形齿轮8,空套齿轴11和指针10指示。 指示空速由开口膜盒2驱动拨杆3、4,扇形齿轮12,细齿轮5和指针9指示。,37,2.2.6 指示空速测量(1),空速的表达式可归结为: 其中, 分别为飞机所在处的大气静压、密度和压缩效应修正系数。 指示空速的表达式 其中, 分别为标准海平面上的大气静压、密度和压缩效应修正系数。,38,2.2.6 指示空速测量(2),指示空速本质上是动压的函数,且仅是动压的度量;而(真)空速不仅与动压,还和静压、静温有关。 指示空速表是根据海平面标准大气条件下,空速与动压的关系,利用开口膜盒测动压,从而表示指示空速。,39,本章作业,试分析随着飞行高度增加,指示空速偏离真空速的趋势(大于?小于? )。,