飞行高度与速度的测量仪表
一、高度表
（一）飞行高度的意义与测量方法
行离度与速度的测量仪表飞机的飞行高度是指飞机在空中的位置与基准面之间的垂直距离。
根据所选基准面的不同,飞行中使用有如下几种定义的高度:相对高度、真实高度和绝对高度。
测量飞机的飞行高度均采用间接方法。
就是通过测量与高度有单值函数关系,又便于准确测量的另一物理量,而间接得到高度的数值。
根据所选用的物理量及对物理测量的方法不同,形成了不同的高度测量装置。
目前在飞机上用得比较多的是气压式高度表和无线电高度表。
(二)气压式高度表的工作原理
根据大气层的组成及特点，我们知道空气的静压力Ps在地面上最大，随着高度增加呈指熟规律减小。
通过测量气压Ps，间接测量高度，
就是气压式高度表的工作原理，这种高度表实质上是测量绝对压力的压力表。
右图是气压式高度表的简单原理及表面图。
如图所示,将离度表壳密封,空气压力Ps由传压管送入高度表内腔。
高度增加表内压力减小,置于表壳内的真空膜盒(内腔抽真空后密封)随之膨胀而产生变形,膜盒中心的位移经传动机构传送,变换和放大后,带动指针沿刻度面移动,指示出与气压Ps相对应的高度数值。
在表面图上,窗口内的示数是基准面的气压值,通过调整旋钮调节。
测量标准气压高度时,窗口内的示值应为760;当测量相对高度时,其示数是机场地面的气压值。
（三）无线电高度表
无线电高度表是利用无线电波反射的原理工作的。
飞机上装有无线电台发射机、及发射接收天线。
测量时，发射机经发射天线同时向地面和接收机发射同一无线电波，接收机将先后接收到由发射机直接来的电波和经地面反射后的回波,两束电波存在有时间差。
如果电波在传送过程中没有受到干扰,时间差正比于被测的高度。
测量出时间差,高度
也就知道了。
图8.11无线电波反射示意图和无线电产高度表表面图。
目前使用的无线电高度表有调频式和脉冲式两种类型。
前者发射机发射的是调频式无线电波,电波的频率随时间周期性地变化,因此接收机所接收的两束电波时间差,直接转换成信号的频率差,测量频率差,即可得到真实高度。
而后者发射机发射的是离散脉冲,需要测量发射脉冲与反射脉冲之间的时间差。
在高度小于1000米的情况下,无线电高度表的准确度优于气压式高度表,因此,在飞机起飞、进场着陆阶段,大部采用无线电高度测量飞机的离地高度。
新设计的无线电高度表除指示被测高度外,还具有警戒高度的报警信号(声、光报警)和故障警告旗。
图8.11表面图中右下方的旋钮为警戒高度调整,驾驶员调定警戒高度后,当飞机在此高度附近时,高度表将发出报警信号,提醒驾驶员注意。
当高度表测量系统产生故障时高度表警告旗即出现。
二、速度表
（一）飞行速度的意义及主要测量方法
飞行速度表征飞机飞行的快慢，是一个重要的飞行参数，飞机上使用的速度概念有以下几种。
真空速:指飞机相对于空气的运动速度,简称为空速。
指示空速:归化到标准气压面条件下的真空速。
指示空速虽具有速度的量纲,但它测量的不是速度而是气流总静压力差.指示空速表是防止飞机低速失速,保证飞行安全的一个仪表。
地速:指飞机相对地面运动速度的水平分量,是飞机导航的一个重要参数。
升降速度:指飞机相对地面运动速度的垂直分量,即飞机沿地垂线的上升、下降速度。
马赫数:又叫M数,定义为空速与飞机所在位置上音速之比。
这是一个无量纲参数,用来描述高速飞机的飞行速度。
马赫数表也是防止激波失速、保证飞行安全的一个仪表。
(二)压力式速度表的工作原理
压力式测飞行速度的原理是基于著名的伯努里定律。
由该定律导出的空气动力方程表明,飞机的指示空速与气流的总静压力差成正比。
飞行马赫数的大小取决于气流的,总压和静压;而真空速则是气流的总压、静压和飞机所处空气温度的函数。
因此,测量这些参数,经过相应的解算,即可得到对应的速度数值。
由于直接测量空气温度(静温)，实际上非常困难，故在分立式真空速表中利用空气层的特性将静温转化相应的静压。
这样,真空速表马赫数表都是气流总压和静压的函数,虽然其函数式不同。
但仪表的结构形式是相同的。
正由于上述这些速度是通过测量气流的压力而获得的,故也统称为压力式速度表。
总压:指气流中因受阻滞原流速降为零的那一点(驻点,阻滞点)的压力。
表的外壳也是密封的,内腔通过接管咀引入空气静压气流总压送入开口膜盒的内腔。
当高度变化时,真空膜盒产生相应变形,膜盒硬中心的位移机械传动,移动销子位置,改变了1、II轴之间的传动比。
开口膜盒在总-静压力差的作用下产生变形,其硬中心的位移,经I、II 轴带动指针转动。
显然,指针转动的角度决定于总压静压的大小以及膜盒与传动机构的特性。
正确选择膜盒的传动机构的特性可以使指针的转角直接与马赫数相对应。
在马赫数表的刻度盘内还常装有临界马赫数标志,提醒驾驶员避免发生激波失速。
(三)升降速度表
表又叫垂直速度表，用以测量飞机上升和下降的垂青速度、即飞机的高度变化率。
测量升降速度常用的方法是在飞行高度测量装置中,增加一个微分装置或一个压力延迟部件。
分立式升降速度表常采用后者。
升降速度测量装置的指示能同时反映升降速度的大小和升降方向(即上升或下降)。
图8.14为分立式升降速度表的原理图.如图所示.仪表外客密
封,表内有一个开口膜盒，膜盒内腔经一个粗的传压管与空气静压相通，而膜盒的外部（即仪表内腔）通过一毛细管也与空气静压相连。
这样,当飞机上升或下降时,膜盒内腔压力基本上随高度的变化而变化,但膜盒外部即表壳内的气压因受毛细管的阻滞作用,变化缓慢,产生压力差。
高度变化越剧烈,膜盒所承受的压力差越大,经传动机构带动指针的转角也越大。
膜盒的膨胀或收缩决定于飞机是升高还是下降。
升高时,由于高空气压减小,膜盒内腔压力低于外部,膜盒将收缩,经传动机构带动指针向上偏转相应角度指示上升速率。
当飞机下滑或俯冲时,情况正好相反。
而当飞机平飞时,毛细管前后压力平衡，膜盒内外压力相等,指针平指,指示升降率为零。
三、飞机总静压系统
法测量飞行速度和高度,都以气流静压和总压作为原始参数。
由收集气流总压和静压的总-静压管(也叫空速管、皮托管、全静压管)、利用总静压工作的仪表设备以及它们之间的传压管道,组成了飞机的总静压系统。
这个系统也称为飞机测压系统。
系统的复杂程度主要取决于飞机的类型、大小、主要飞行仪表的数量及仪表的类型等。
以上使用的总、静压管形状、尺寸并不相同,超音速飞机上用的总静压管比亚音速机种上用的更细长得多,静压孔的位置、数量和分布也不相同。
但结构上都包括有总压口、静压孔,加温装置及排泄水分的排水孔等。
图8.15为总静压管的基本形式。
总静压管是一个表面十分光滑的双层圆管,管的头部正中有一圆孔,称全压口，后接全压室。
使用中,全压口对准气流方向,流入全压口的气流完全被阻滞,流速降为零,因此全压管室送出气体的压力等于气流的总压力,简称总压。
在离头部相当远的截面上,沿管周开若干个小孔,孔轴线与管轴线垂直。
这些孔即为静压孔,静压孔后接静压室。
理论上要求静压孔周围气流应不受扰动、不存在紊流,这样静压孔内气体的压力即等于自由气流的静压。
因此在正确设计和安装的情况下,总静压管将分别经全压室、静压室和传压室送出气流的总压和静压。
为了防止气流中水分在高空因气温过低而结泳,总静压管前部设有加温装置,使内部保持一定的温度。
总静压管在飞机上一般都安装在机头或翼尖前方气流扰动最小的部位,以保证所收集的总压、静压的准确度。
在飞机上,除安装有总静压管外,还装有应急全压管和应急静压孔,一旦总静压管发生故障,将由它们分别提供气流的总压和静压保证有关仪表设备正常工作。
