测量飞机姿态的仪表陀螺仪表

飞机的仪表系统飞机的电子仪表系统共分为三部分，飞行控制仪表系统、导航系统和通信系统。

飞机的电子仪表系统是飞机感知和处理外部情况并控制飞行状态的核心，相当于人的大脑及神经系统，对保障飞行安全、改善飞行性能起着关键作用。

（一）飞行控制系统飞行控制系统的基本功能是控制飞机气动操纵面，改变飞机的布局，增加飞机的稳定性、改善操纵品质、优化飞行性能。

其具体功能有：保持飞机姿态和航向；控制空速及飞行轨迹；自动导航和自动着陆。

该系统的作用是减轻飞行员工作负担，做到安全飞行，提高完成任务的效率和经济性。

飞行控制系统一般由传感器、计算机、伺服作动器、控制显示装置、检测装置及能源部分组成。

飞机的控制仪表系统通过提供飞机飞行中的各种信息和数据，使驾驶员及时了解飞行情况，从而对飞机进行控制以顺利完成飞行任务。

早期的飞机飞行又低又慢，只装有温度计和气压计等简单仪表，其他信息主要是靠飞行员的感觉获得。

现在的飞机则装备了大量仪表，并由计算机统一管理，用先进的显示技术直接显示出来，大大方便了驾驶员的工作。

飞行控制仪表包括以下几种类型。

（1）第一类是大气数据仪表，由气压高度表、飞行速度表、气温度表、大气数据计算机等组成；（2）第二类是飞行姿态指引仪表，该系统可提供一套精确的飞机姿态数据如位置、倾斜、航向、速度和加速度等，实现了飞机导航、控制及显示的一体化；（3）第三类是惯性基准系统，主要包括陀螺仪表。

20世纪70年代以前是机械式陀螺，现代客机使用更先进的激光陀螺。

（二）电子综合仪表系统20世纪60年代后，由于计算机的小型化及显像管的广泛应用，飞机飞行仪表产生了革命性变化，新一代电子综合仪表广泛应用。

该仪表系统由两大部分组成，一是电子飞行仪表系统(包括电子水平状态指示器、电子姿态指引仪、符号发生器及方式控制面板、信号仪表选择板等）；一是发动机指示与机组警告系统，可以显示发动机的参数并对其进行自动监控，如出现厂作异常情况则会发出瞥告并记录下故障时的系统参数。

航空仪表飞行员需要不断地了解飞机的飞行状态、发动机的工作状态和其他分系统如座舱环境系统、电源系统等的工作状况，以便按飞行计划操纵飞机完成飞行任务；各类自动控制系统需要检测控制信息以便实现自动控制。

这些信息都是由航空仪表以及相应的传感器和显示系统提供的。

飞机要测量的参数很多，归纳起来可以分为飞行参数、发动机参数和系统状态参数(如座舱环境参数、飞行员生理参数、飞行员生命保障系统参数等)。

相应的，航空仪表按功用可分为飞行仪表、发动机仪表和系统状态仪表等。

同一个参数的测量原理和测量方法也很多，几乎涉及机械、电气、电子、无线电、光学等领域，这里主要介绍一些重要参数的测量原理。

3.5.1 飞行仪表这类仪表反映飞机运动状态和飞行参数，使驾驶员能正确地驾驶飞机。

主要可分为全静压系统仪表、指示飞行姿态和航向的仪表等。

全静压系统仪表全静压系统利用感受的全压和静压，分别输人膜盒内外，压力差促使膜盒变形，带动指针指示飞机的速度、高度等飞行参数，从而构成各种仪表。

这类仪表有空速表、气压式高度表、升降速度表和大气数据中心系统等。

用来测量气流全压和静压的管子称为全静压管，因用它测量飞机相对于空气运动的速度(即空速)，故又称空速管(图3.5.1)。

全静压管是一根细长的管子，远远伸在飞机机头或翼尖受气流干扰最小的地方，以免所感受到的气压受到飞机的影响。

全静压管正对气流的小口叫全压口，后面是全压室，这里感受的是迎面气流的全压(总压，即动压加静压)。

离头部一定的距离处，沿管周开几个小孔叫静压孔，这里不是正对迎面气流，在静压室中感受的是大气的静压。

由于全静压系统仪表是利用大气压强随高度、速度的变化，使金属膜盒产生膨胀或压缩变形带动仪表指针转动，所以也称为膜盒仪表、气压仪表。

空速表。

空速是指飞机在纵轴对称平面内相对于气流的运动速度。

空速是重要的飞行参数之一。

根据空速，飞行员可以判断作用在飞机上的空气动力的情况，从而正确地操纵飞机；根据空速，还可以进行领航计算。

飞行仪表都有哪些？飞行仪表是指示飞机在飞行中运动参数的仪表。

飞行状态参数有飞行高度、飞行速度和加速度、姿态角和姿态角速度。

飞行仪表主要包括：高度表、空速表、马赫数表、升降速度表、地平仪、转弯侧滑仪、地速偏流角指示器等。

飞行高度指飞机重心相对于某一基准平面的垂直距离，其测量仪表称为高度表，主要有气压式和无线电式两种。

飞机的飞行速度主要包括空速和升降速度。

空速指当前飞机相对空气的飞行速度，测量仪器称为空速表；升降速度指飞机重心沿地面垂直方向的运动速度分量，测量仪表叫升降速度表，测量目的是为了保证飞机水平飞行。

飞机的姿态仪表有地平仪、转弯侧滑仪等，它们是利用陀螺原理设计的。

陀螺是一种能够保持自转轴不变的装置。

在转子高速旋转时，陀螺转轴始终正对地球。

当飞机姿态变化时，陀螺能够及时感受到，并能测量相应变化。

陀螺地平仪利用陀螺制成，是保证飞行安全的最重要的仪表，因而通常做得较大，并安装在飞行员正前方最显眼地方，飞行员几乎时刻都要通过它了解飞行的水平姿态。

转弯侧滑仪也是利用陀螺原理研制的，它的指针可以左右偏转，指示飞机转弯的方向和速度。

这个表的下部还有一个小的侧滑仪，它的偏转可以指示飞机有没有侧滑和侧滑的幅度。

什么是陀螺仪？陀螺仪是测定飞机飞行姿态用的一种仪表，它是测量载体的方位或角速度的核心元件，由一个高速旋转的转子和保证转子的旋转轴能在空间自由转动的支承系统组成。

主要利用惯性原理工作，具有定轴性与进动性这两个重要特性。

经典陀螺仪具有高速旋转的转子，能够不依赖任何外界信息而测出飞机等飞行器的运动姿态。

现代陀螺仪的外延有所增大，已经推广到没有转子而功能与经典陀螺仪相同的仪表上。

陀螺仪根据支承方式的不同可分为：由框架支承的框架陀螺仪，利用静电场支承的静电陀螺仪，利用液体或气体润滑膜支承的液浮或气浮陀螺仪，利用弹性装置支承的挠性陀螺仪；也可根据转子旋转轴的不同自由度分为单自由度和双自由度陀螺仪。

1852年，法国科学家傅科制作了一套能显示地球转动的仪器，命名为陀螺仪。

概述-—航空仪表的分类：发动机仪表、大气数据仪表、陀螺仪表。

第一章压力测量仪表．压力表……测量飞机上气体或液体压力的仪表，叫做压力表。

按动作原理分：机械式、电动机械式和电动式;按仪表供电的电源形式分为直流压力表和交流压力表。

2BYY—1A 功能：用来测量歼八飞机助力液压系统和收放液压（又叫主液压）系统的液压油压力.组成：两个GYY-1传感器、两个完全相同装在一个表壳的2ZYY—1A指示器，测量范围0-250公斤/厘米²。

原理：测量压力时，弹簧管在压力作用下自由端产生位移、压力越大、位移量越大、当自由端向外移动时,经过曲臂连杆和活动摇臂改变电位器电刷在电阻上的位置从而改变指示器中两线框的电流比值，使指针在刻度盘上指出相应的压力数值。

当仪表不通电时，指针轴上的小磁铁受拉回磁铁的作用,使指针停在刻度以下的限制柱处。

弹簧管……由于弹簧管的横截面为椭圆形,所以弹簧管受流体压力作用后，压力沿短轴b方向的作用面积大于沿a方向作用的总面积，因而沿短轴方向的作用力也就大于沿长轴方向的作用力。

流体压力对弹簧管横截面积作用的结果，使长轴变短，短轴变短,即横截面由椭圆形向圆形转化。

在弹簧管的横截面由椭圆向圆形转化的过程中，弹簧管外管壁受到拉伸，内管壁受到压缩,因而外管壁产生反抗拉伸的拉应力，内管壁产生反抗压缩的压应力，这两个应力在自由端形成一对力偶，使弹簧管伸直变形，在自由端产生位移。

第二章温度测量仪表．热电极：一般把组成热电偶的两种金属导体又叫做热电极,所产生的电势叫热电势。

热端:热电偶温度高的一端叫热端或测量端.冷端：温度低的一端叫冷端或参考端。

几种常用的热电偶①铂铑—铂热电偶……属于贵重金属热电偶,分度号为LB-3热电性能稳定,测量温度范围大，精度高，可以在氧化性或中性介质中长期使用.由于这种热电偶电势率较低，金属材料价格昂贵，故一般只用这种热电偶作为标准热电偶使用。

②镍镉—镍铜热电偶……这种热电偶属于廉价金属热电偶，其分度号为EA。

参数设置模式的进入：遥控器模式开关（FUTABA-CH5）切换到非锁尾模式（指示灯变绿色），然后方向舵满舵5秒钟便可进入设置模式（此时指示灯变成红色，同时尾舵回到中位）。

参数设置模式退出：在参数设置模式时，只要切换到锁尾模式就可以退出参数设置模式，同时自动保存最后一次设置的参数，指示灯闪烁1秒钟。

1、舵机类型设置：陀螺仪进入参数状态后的第一个参数项就是“舵机类型”。

需要改变该参数项的内容，请在指示灯变成红色时，立即让方向舵回中。

通过观察指示灯的闪烁次数来了解当前参数项的值。

闪烁1次表示“舵机类型”为：模拟舵机1520uS/70Hz；闪烁2次表示“舵机类型”为：数字舵机1520uS/280Hz；闪烁3次表示舵机类型为：数字舵机760uS/560Hz；如果你需要改变“舵机类型”，只需打“半舵约0.3秒”一次，陀螺仪的“舵机类型”参数将会自动增加或减少一档，同时指示灯闪烁次数也随之增加或减少一次。

2：补偿方向设置：进入下一级参数项“补偿方向”，可打方向舵“满舵”约2秒钟后，陀螺仪指示灯变成绿色，说明陀螺仪已经进入“补偿方向”参数项，立即让方向舵回中。

A：此时可以通过观察指示灯的闪烁次数来了解当前参数项的值。

闪烁1次表示“补偿方向”为：正向；闪烁2次表示“补偿方向”为：反向；B：如果你需要改变“补偿方向”，只需打“半舵0.3秒”一次，陀螺仪的“补偿方向”参数将会自动增加或减少“1”，同时指示灯闪烁次数也随之增加或减少一次C：如果您需要“退出设置状态”，可直接将遥控器的感度开关切换到“锁尾模式”，此时，指示灯快速闪烁１秒钟后变成红色。

说明成功退回到正常工作状态的锁尾模式。

3：转向速度设置打方向“满舵”约2秒钟后，进入“转向速度”参数项后，指示灯变成蓝色，通过观察指示灯的闪烁次数来了解当前参数项的值。

闪烁1次表示“转向速度”为：最慢；闪烁10次表示“转向速度”为：最快；如果需要改变“转向速度”，只需打“半舵0.3秒钟”一次，陀螺仪的“转向速度”参数将会自动增加或减少“1”，同时指示灯闪烁次数也随之增加或减少一次。

航空航天科学技西锐SR20飞机电动陀螺姿态仪原理与维修排故黄鋆冯锐（中国民用航空飞行学院飞机修理厂四川德阳618307）摘　要：电动陀螺姿态仪作为飞机导航的三大仪表之一，主要用于为飞行员提供俯仰倾斜姿态指示，从而保证飞行员安全降落。

该姿态仪主要包括一个电源驱动的垂直陀螺、侧滑指示（选装）、各PCB电路板、滚转轴等部件，目前应用较为广泛的陀螺仪包括基于旋转质量陀螺效应的转子陀螺仪、基于萨奈克效应的光学陀螺仪、基于哥氏效应的振动陀螺仪、基于现代量子力学技术的原子陀螺仪。

西锐SR20选装的电动陀螺姿态仪的陀螺仪是一个基于旋转质量陀螺效应的转子陀螺仪。

本文就西锐SR20飞机电动陀螺姿态仪进行研究，通过模块化故障隔离和故障树建模的方法进行故障浅析，通过研究该电动陀螺姿态仪的原理、故障和测试过程，为改型电动陀螺姿态仪维修提供思路。

关键词：电动陀螺姿态仪故障树模型排故飞机中图分类号：V267文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)10(c)-0081-04 Principle, Maintenance and Troubleshooting of Cirrus SR20Aircraft Electric Gyro Attitude MeterHUANG Yun FEGN Rui(Aircraft Repair Shop, Civil Aviation Flight University of China, Deyang, Sichuan Province, 618307 China) Abstract: As one of the three major aircraft navigation instruments, electric gyro attitude instrument is mainly used to provide pilots with pitch and incline attitude indication, so as to ensure the safe landing of pilots.The attitude meter mainly includes a power-driven vertical gyro, side slip indicator (optional), PCB circuit board, rolling shaft and other components, and at present, the widely used gyroscopes include gyroscopes based on rotating mass gyroscopes, optical gyroscope based on Sarnac effect, vibration gyroscope based on the Coriolis effect, and atomic gyroscope based on modern quantum mechanics techniques. The gyroscope of the electric gyro attitude instrument selected by Cirrus SR20 is a rotor gyroscope based on the rotating mass gyro effect. This paper studies the electric gyro attitude instrument of Cirrus SR20 aircraft, the fault analysis is carried out through the method of modular fault isolation and fault tree modeling, and provides ideas for the maintenance of modified electric gyro attitude meter.Key Words: Electric gyro attitude meter; Fault tree model; Troubleshooting; Aircraft电动陀螺姿态仪是一种为飞行员提供俯仰倾斜指示的仪表［1］，陀螺仪作为电动陀螺姿态仪的核心部件，用于测量、控制物体相对惯性空间角运动［2］。

Cessna 182S 基本飞行仪表判读
小型飞机仪表板中央的六个仪表为最基本的飞行仪表，分为两组：皮托管相关仪表和陀螺相关仪表。

皮托管（Pitot）又称总压管或空速管，一般安装在小型飞机机翼翼尖前缘，它测量流经（机翼）的气流的静压、动压、总压，提供数据给空速表、高度表和升降速率表。

陀螺相关仪表有姿态显示仪、远读式陀螺罗盘和转弯、侧滑协调仪，三个仪表均按陀螺稳定及陀螺进动原理工作。

其中姿态显示仪、远读式罗盘由一个以发动机动力驱动的陀螺带动，而转弯、侧滑协调仪基于安全的考虑，则是由另一个以电力驱动的陀螺带动。

以免发动机空中停车时三个仪表同时失效。

以下从使用的角度讲述如何使用Cessna 182S 中这六个基本飞行仪表：
空速表（AirSpeed Indicator）
高度表（Altimeter）
升降速率表（VSI，vertical speed indicator)
姿态显示仪（ADI，Attitude Indicator，人工地平仪）
远读式陀螺罗盘（Heading Indicator, Directional Gyro，DG, 方向陀螺)磁罗盘
转弯、侧滑指示仪（Turn Coordinator）
作者：Redstar（CFSO002）。

课题 BDP-4常见故障的原因分析和对策目录任务书 (3)前言 (4)一、地平仪的基本概述 (5)二、工作原理 (6)三、主要故障分析 (7)四．维护及使用 (8)【参考文献】 (9)【致谢】 (10)前言陀螺地平仪分为直读式与远读式两种。

直读式直接通过表的指示机构表示飞机姿态。

远读式通过装在陀螺仪上的传感元件输出飞机姿态信号，由远距传输系统送到地平指示器进行显示。

这种带有信号传感元件的陀螺仪称为垂直陀螺，它作为姿态传感器可向各机载系统提供飞机俯仰和倾侧角信号。

歼击机用直读式地平仪，在飞机爬升时，飞机标志移到地平线下方，俯冲时则相反，不符合直观感觉，远读式地平仪则能克服这一缺点。

利用陀螺特性测量飞机俯仰和倾斜姿态的飞行仪表。

飞行姿态对于飞机的运动状态和保证飞行安全都有重要的意义，因此，陀螺地平仪或指引地平仪作为首要的飞行仪表，通常被安装在仪表板中间最显著的位置上。

为了在飞机上测量其姿态，必须在机上建立一个地垂线或地平面基准。

摆具有敏感地垂线的特性，但受加速度干扰时会产生很大的误差。

陀螺仪的自转轴具有方向稳定的特性，但不能自动找到地垂线。

陀螺地平仪结合二者的特性，以陀螺仪为基础，用摆式敏感元件和力矩执行元件所组成的修正装置对它进行修正，使自转轴精确而稳定地重现地垂线。

液体开关是现代地平仪常用的一种摆式敏感元件。

它是具有摆的特性和电路开关特性的气泡水准仪。

密封容器内装有特殊导电液体并留有气泡，还装有相互绝缘的电极。

液体开关感受陀螺自转轴相对地垂线的偏差，并将它变成电信号送至相应的力矩电机，产生修正力矩，使自转轴再现地垂线。

修正速度一般为几度每分钟。

由于缓慢修正，当飞机加速度干扰引起液体开关的液面倾斜时，在短时间内错误修正仅引起自转轴偏离地垂线一个很小的角度。

而且，当飞机线加速度或盘旋角速度超过一定值时，会自动切断相应的修正电路，以消除错误修正，提高抗干扰能力。

仪表起动前陀螺自转轴处于随意位置，为使自转轴快速重现地垂线，起动时可加大修正力矩或靠锁定装置把自转轴锁在地垂线方向上。