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1、2024/8/14第第八八章章 飞行高度及升降速度测量飞行高度及升降速度测量电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件2第第八八章章 飞行高度及升降速度测量飞行高度及升降速度测量7.1 7.1 高度的概念高度的概念7.2 7.2 测量飞行高度的方法测量飞行高度的方法 7.3 7.3 高度偏差的测量高度偏差的测量 7.4 7.4 高度变化率高度变化率( (升降速度升降速度) )的测量的测量电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件38.18.1高度的概念高度的概念v飞行高度飞行高度指飞机的重心在空中距离指飞机的重心在空中距离某一基准平面某一基准平面的垂直的垂直距离。距离。电子信息与自动化学院航空传感
2、器与控制元件48.18.1高度的概念高度的概念绝对高度绝对高度所选基准平面为实际海平面，飞机的重心在空中相应的高度称所选基准平面为实际海平面，飞机的重心在空中相应的高度称为为“绝对高度绝对高度”。相对高度相对高度所选基准平面为某一指定参考平面所选基准平面为某一指定参考平面( (例如起飞或着陆机场的地例如起飞或着陆机场的地平面平面) )，飞机重心在空中相应的高度称为，飞机重心在空中相应的高度称为“相对高度相对高度”。真实高度真实高度所选基准平面是包括飞机正下方的地面目标之最高点在内并与所选基准平面是包括飞机正下方的地面目标之最高点在内并与地平面平行的平面，飞机重心在空中相应的高度称为地平面平行的
3、平面，飞机重心在空中相应的高度称为“真实高真实高度度”。标准气压高度标准气压高度所选基准平面是标准所选基准平面是标准( (气压气压) )海平面海平面( (国际标准化组织国际标准化组织(ISO)(ISO)规定规定标准气压海平面处的大气压力为标准气压海平面处的大气压力为101. 325 kPa)101. 325 kPa)，飞机重心在，飞机重心在空中的高度称为空中的高度称为“标准气压高度标准气压高度”电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件58.28.2测量飞行高度的方法测量飞行高度的方法v常用的测量飞行高度的方法：常用的测量飞行高度的方法：利用无线电波的反射特性来测量飞行高度利用无线电波的反射特性
4、来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件68.28.2测量飞行高度的方法测量飞行高度的方法电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件78.2.18.2.1利用无线电波的反射特性来测量飞行高度利用无线电波的反射特性来测量飞行高度v利用无线电波的反射特性来测量飞行高度利用无线电波的反射特性来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件88.2.18.2.1利用无线电波的反射特性来测量飞行高度利用无线电波的反射特性来测量飞行高度电波由发射机电波由发射机(A)(A)传到接收机传到接收机(B)(B)所需的时间所需的时间t t
5、1 1: :而电波由发射机而电波由发射机(A)(A)经地面反射到接收机经地面反射到接收机(B)(B)所所需的时间需的时间t t2 2: :则则电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件98.2.18.2.1利用无线电波的反射特性来测量飞行高度利用无线电波的反射特性来测量飞行高度接收机接收到上述两个电波的时间间隔为接收机接收到上述两个电波的时间间隔为当发射机和接收机为一体时当发射机和接收机为一体时电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件108.2.18.2.1利用无线电波的反射特性来测量飞行高度利用无线电波的反射特性来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件118.2.18.2.1利用
6、无线电波的反射特性来测量飞行高度利用无线电波的反射特性来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件128.2.18.2.1利用无线电波的反射特性来测量飞行高度利用无线电波的反射特性来测量飞行高度特点：特点：在高度小于在高度小于10001000米的情况下米的情况下, ,无线电高度表的准无线电高度表的准确度优于气压式高度表确度优于气压式高度表, ,因此因此, ,在飞机起飞、进在飞机起飞、进场着陆阶段场着陆阶段, ,大部采用无线电高度测量飞机的离大部采用无线电高度测量飞机的离地高度。地高度。发射机功率与所测高度的四次方成正比，因此发射机功率与所测高度的四次方成正比，因此它在飞机上大多用于小
7、高度的测量。它在飞机上大多用于小高度的测量。它所能测的最小高度取决于所能精确测量的最它所能测的最小高度取决于所能精确测量的最小时间间隔。小时间间隔。无线电测高在海上尤其在具有大海浪的情况下，无线电测高在海上尤其在具有大海浪的情况下，存在着一些问题。存在着一些问题。电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件138.2.18.2.1利用无线电波的反射特性来测量飞行高度利用无线电波的反射特性来测量飞行高度测量的最小飞行高度取决于所能测量的最小时测量的最小飞行高度取决于所能测量的最小时间间隔。如所能测量的最小时间间隔为间间隔。如所能测量的最小时间间隔为1010-9-9s s时，时，则所能测量的最小飞行高
8、度为则所能测量的最小飞行高度为0.15m0.15m。电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件148.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度在重力场内，在重力场内，大气的压力大气的压力、大气密度大气密度均随高度增均随高度增高而减小，尽管各自的变化规律不同，但却都是高而减小，尽管各自的变化规律不同，但却都是有规律可循的，于是可以通过测量大气压力或大有规律可循的，于是可以通过测量大气压力或大气密度来间接测量飞行高度。气密度来间接测量飞行高度。在标准大气条件下在标准大气条件下, ,大气与高度的关系可用公式表示大气与高度的关系可用公式表示 PH=1013(10.02
9、55H) 5.256(hpa)，H11km PH226.2e0.1578(11-H)(hpa)，H11km通过测量大气压力来测量飞行高度的仪表称气压通过测量大气压力来测量飞行高度的仪表称气压式高度表。式高度表。是目前应用最广泛的飞行高度表。是目前应用最广泛的飞行高度表。电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件15使用使用使用使用转动调整旋钮，使气压显示窗显示选择的气压转动调整旋钮，使气压显示窗显示选择的气压转动调整旋钮，使气压显示窗显示选择的气压转动调整旋钮，使气压显示窗显示选择的气压基准值，高度指针则指示相对所选基准面的高度。基准值，高度指针则指示相对所选基准面的高度。基准值，高度指针则指示
10、相对所选基准面的高度。基准值，高度指针则指示相对所选基准面的高度。8.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件16高度表的使用高度表的使用8.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件178.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件1828.92inHg8.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件
11、198.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件208.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件218.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件228.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度v国际标准大气是国际上统一采用的一种假想的大国际标准大气是国际上统一采用的一种假想的大气：气：ISO2533-ISO2533-标准大气标准大气规
12、定了规定了-2000-2000至至80000m80000m高度范围内大气各参数与高度范围内大气各参数与高度的关系。高度的关系。国际标准大气以平均海平面作零高度。国际标准大气以平均海平面作零高度。平均海平面大气物理特性：平均海平面大气物理特性：自由落体加速度自由落体加速度自由落体加速度自由落体加速度g g g gn n n n=9.80665m/s2=9.80665m/s2=9.80665m/s2=9.80665m/s2标准空气温度标准空气温度标准空气温度标准空气温度t t t tn n n n=15=15=15=15 C C C C或或或或T T T Tn n n n=288.16K=288.
13、16K=288.16K=288.16K标准冰点温度标准冰点温度标准冰点温度标准冰点温度t t t t0 0 0 0 =0 =0 =0 =0 C C C C或或或或T T T Tn n n n=273.16K=273.16K=273.16K=273.16K标准声速标准声速标准声速标准声速a a a an n n n =340.294m/s =340.294m/s =340.294m/s =340.294m/s标准空气压力标准空气压力标准空气压力标准空气压力p p p pn n n n=101.325*103Pa=101.325*103Pa=101.325*103Pa=101.325*103Pa电
14、子信息与自动化学院航空传感器与控制元件238.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件24vv重力势重力势重力势重力势(x,y,z)(x,y,z)(x,y,z)(x,y,z)：v表示地球大气层内某一给定点上空气微粒的势能。表示地球大气层内某一给定点上空气微粒的势能。空气微粒单位质量作功：空气微粒单位质量作功：1 1 1 12 2 2 2等位势面等位势面空气微粒向外移动空气微粒向外移动dddd式中：式中：h h几何高度（几何高度（m m） g gh h随几何高度随几何高度h h变化的自由变化的自由 落体加速度（落体加速度
15、（m/sm/s2 2） 8.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件25或或重力势高度重力势高度H H定义为：定义为：，r r：地球公称半径：地球公称半径6356766m6356766m或或自然高度自然高度h h与重力势高度与重力势高度H H的关系的关系自然高度自然高度h h与重力势高度与重力势高度H H都用平均海平面作为共同基准都用平均海平面作为共同基准8.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件26dhdhdPdP截面积截面积dFdF大气压
16、力与高度的关系大气压力与高度的关系大气压力与高度的关系大气压力与高度的关系设：大气相对于地球静止，截面积为设：大气相对于地球静止，截面积为dFdF高高度为度为dhdh的微段气柱的上下表面间的大气压的微段气柱的上下表面间的大气压力差为力差为dPdP，其静平衡条件可由静止大气方，其静平衡条件可由静止大气方程确定，即程确定，即气体的密度气体的密度R R空气专用气体常数，空气专用气体常数，R=RR=R* */M=287.05287/M=287.05287（m m2 2/K.s/K.s2 2）R R* *通用气体常数，通用气体常数，R*=R*=8314.328314.32（kg.kg.m m2 2/(K
17、.s/(K.s2 2. . KmolKmol）T T气体的温度（气体的温度（K K）理想气体方程理想气体方程又又8.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件27大气温度与垂直梯度的关系：大气温度与垂直梯度的关系：HbHb和和TbTb分别是相应层的重力势高度和大气温度下限值；分别是相应层的重力势高度和大气温度下限值；为温度的垂直变化率（为温度的垂直变化率（=dT/dH=dT/dH）8.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件28重力势高度重力势高
18、度重力势高度重力势高度H H H H与大气压力与大气压力与大气压力与大气压力p p p pH H H H的关系的关系的关系的关系重力势高度称为标准气压高度，相应的公式称为标准压高重力势高度称为标准气压高度，相应的公式称为标准压高公式，适用于公式，适用于80km80km以下的各高度层。以下的各高度层。8.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件29当当H Hb b，R R，g gn n为已知常数时，重力势高度（为已知常数时，重力势高度（H H）只是四个大气参数的函数，即只是四个大气参数的函数，即 H=f(pH=f(pH
19、H,p,pb b,T,Tb b, , )在标准大气情况下，各相应层的在标准大气情况下，各相应层的p pb b,T,Tb b, , 均为均为已知常数，则飞机所在处相对于标准海平面的已知常数，则飞机所在处相对于标准海平面的重力势高度（重力势高度（H H）只是该处大气压力（）只是该处大气压力（p pH H）的单）的单值函数。测出飞机所在处的大气压力值值函数。测出飞机所在处的大气压力值p pH H（常（常称为大气静压），就可间接测出飞机相对于标称为大气静压），就可间接测出飞机相对于标准海平面的重力势高度或标准气压高度准海平面的重力势高度或标准气压高度H.H.8.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞
20、行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件30由于高度（由于高度（H H）与大气静压（）与大气静压（p pH H）间是非线性关）间是非线性关系，而大多数气压式测高系统都要求系统输出系，而大多数气压式测高系统都要求系统输出Y Y与高度与高度H H是线性关系，这就要求该系统中必须有是线性关系，这就要求该系统中必须有相应的环节来完成此解算工作。相应的环节来完成此解算工作。标准标准压高公式压高公式绝对压力绝对压力敏感元件敏感元件解算装置解算装置H Hp pH Hy y气压测高原理方框图气压测高原理方框图完成解算任务的方案有：完成解算任务的方案有：纯机械的方案（机械式高
21、度表）纯机械的方案（机械式高度表） 电气电气机械的方案（伺服式高度表）机械的方案（伺服式高度表） 微处理器的方案（数字式高度表）微处理器的方案（数字式高度表）8.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件318.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件328.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件338.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测
22、量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件348.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件358.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件368.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件378.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件388.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度
23、通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件398.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件408.2.28.2.2通过测量大气参数来测量飞行高度通过测量大气参数来测量飞行高度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件418.38.3高度偏差测量高度偏差测量在预定高度保持水平飞行，相对于给定高的高在预定高度保持水平飞行，相对于给定高的高度偏差，信号主要用来作定高飞行时的自动控度偏差，信号主要用来作定高飞行时的自动控制系统的控制信号。制系统的控制信号。对其基本要求是具有较高的灵敏度，且在不同对其基
24、本要求是具有较高的灵敏度，且在不同高度上具有相同的灵敏度。高度上具有相同的灵敏度。原理原理1 1 ：内外膜盒压差，：内外膜盒压差，原理原理2 2 ： 用真空膜盒测量绝对压力，用电磁离用真空膜盒测量绝对压力，用电磁离合执行是否是定高测高偏差。合执行是否是定高测高偏差。电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件428.38.3高度偏差测量高度偏差测量电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件43高度变化率就是单位时间内飞行高度的变化量，即高度变化率就是单位时间内飞行高度的变化量，即称为升降速度，垂直速度，升降率，并以称为升降速度，垂直速度，升降率，并以V Vy y表示。表示。测量方法：测量方法：测出飞机垂直于地面的加速度，然后进行积分测出飞机垂直于地面的加速度，然后进行积分多普勒效应测量多普勒效应测量压力测量压力测量测出飞机的飞行高度，然后进行微分测出飞机的飞行高度，然后进行微分8.48.4高度变化率高度变化率( (升降速度升降速度) )的测量的测量电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件448.48.4高度变化率高度变化率( (升降速度升降速度) )的测量的测量电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件458.48.4高度变化率高度变化率( (升降速度升降速度) )的测量的测量
