【精品】大气数据系统精品ppt课件.ppt
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1、大气数据系统发动机工作状态测量发动机工作状态测量飞行状态测量飞行状态测量导航系统导航系统飞机电子系统自动飞行飞行管理系统飞行管理系统自动飞行控制系统自动飞行控制系统通信系统通信系统惯性基准系统惯性基准系统大气数据系统大气数据系统无线电仪表无线电导航无线电导航GPSADFVORDMEILS3/10/20232大气数据大气数据系统q概论q飞行高度及高度变化率的测量q飞行速度q全静压系统q大气数据计算机系统q大气数据计算机的基本计算方法q大气数据计算机系统输出及显示仪表3/10/20233大气数据大气数据系统q发展历史50年代前期,分立式仪表50年代后期,机载设备相继增多模拟式中央大气数据计算机各种
2、模拟器件,伺服系统70年代,混合式大气数据计算机80年代,数字式的大气数据计算机的出现,为飞机提供更多的大气数据参数3/10/20234大气数据地球大气层q对流层(变温层)、平流层(同温层)、中间层、电离层(热层)、散逸层q对流层:距地球中纬度11km,赤道17km,两极8km包含了大气质量的3/4q平流层:对流层顶部到离地约30km,温度几乎不变,包含了大气质量的约1/4q中间层30km到80100km为止,大量的臭氧q电离层:中间层到离地500km,空气稀薄,听不到声音q散逸层:离地5001600km之间,也称为外层大气3/10/20235大气数据与大气数据有关的参数全压:动压和静压之和,
3、即气流到达驻点时,单位面积上的总压力总温:气流到达驻点时获得的气温叫总温静温:飞机周围自由空气所具有的温度攻角:飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵轴之间的夹角(飞机竖轴和纵轴所在平面内测量的角度)侧滑角:飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵轴之间的夹角(飞机横轴和纵轴所在平面内测量的角度)3/10/20238大气数据气流角(空速向量与机体轴系的关系)q攻角:空速向量在飞机对称面上的投影与机体轴的夹角,以速度向量的投影在机体轴之下为正(飞机的上仰角大于轨迹角为正);q侧滑角:速度向量与飞机对称面的夹角。以速度向量处于飞机对称面右边时为正。3/10/20239大气数据气流角3/10/202310大气数据标准
4、大气(一)q国际标准大气的规定空气为干燥清洁的理想气体,并遵循理想气体方程所确立的关系国际标准大气以平均海平面作为零高度气压为1个标准大气压,气温15,密度为0.125kg/m3q为便于探讨大气中的压力分布,国际标准大气引用了重力势高度的概念。重力势表示地球大气层内某一给定点上空气微粒的势能。重力势高度以平均海平面作为重力势高度和几何高度的共同基准。重力势高度又称为标准气压高度。3/10/202311大气数据标准大气(二)q当空气微粒沿地球法线移动,单位质量所做的功为:d=ghdz=ghdhq重力势高度:H=/gnq重力加速度随地理纬度的变化:q重力势高度与几何高度的关系H=rh/(r+h)3
5、/10/202312大气数据标准大气(三)q每一层大气的温度与重力势高度之间的关系:q国际标准大气,气压与高度关系:3/10/202313大气数据大气参数的测量单位q压力单位帕斯卡Pa:每平方米的面积上作用有1牛顿的力,1Pa=1N/m2标准大气atm:1atm=101325Pa工程大气压at:1at=1Kgf/cm2=9.80665104Pa巴bar:1bar=106dyn/cm2=105Pa毫米液柱:以液柱高度来表示压力的大小1mmHg=1Torr=1/760atm=133.322Pa1mmH2O=9.80665Pa磅/英寸2PSi:1PSi=1bf/in2=6.89476103Paq温标
6、摄氏温标(t t)、华氏温标(F F)、热力学温标(T T)、国际实用温标3/10/202314大气数据测试系统的静态动态特性及误差q输入/输出特性曲线(难以用精确的解析式表示)3/10/202315大气数据测试系统的静态动态特性及误差q串联测试系统用图解法求测试系统的输入输出关系。XXY1Y1Y1Y2Y2Y2YY3/10/202316大气数据用图解法求测量环节的特性曲线y y1 1=f=f1 1(x)(x)y y2 2=f=f2 2(y(y1 1)y=fy=f3 3(y(y2 2)x xy y1 1y y2 2y yy y1 1=f=f1 1(x)(x)y y2 2=f=f2 2(y(y1
7、1)x xy y1 1y yy y串联测试系统静态特性曲线 两个测试系统静态特性曲线 3/10/202317大气数据测量系统特性描述参数(一)系统的静态误差q绝对误差被测参数的给出值与相应的真值之差的绝对值。q相对误差标称相对误差:m取测量的指示值实际相对误差:m取测量的真实值额定相对误差:m取仪表的满刻度值最大额定相对误差:额定相对误差的最大值q基本误差、附加误差和工作误差基本误差与标准设备进行对比和校准的差值附加误差使用条件偏离标准条件工作误差工作环境因素变化情况下的误差极限值3/10/202318大气数据系统的静态误差(二)q系统误差、随机误差和过失误差原理误差构造误差系统误差(误差恒定
8、不变或按一定规律变化)环境误差人员误差随机误差多次测量所得各次的误差过失误差测量者读数、记录、计算所造成的误差q精密度、准确度和精度误差的反义词q测量范围、量程测量上限、下限q灵敏度输出量微小变化与输入量微小变化之比3/10/202319大气数据测量系统特性描述参数(三)q分辨率输出量的每个阶梯所代表的输入量的大小q迟滞同一工作条件下,同一参数的测量值正反行程不同q重复性同一方向多次改变参数时,对同一被测参数所得的输出值之间的接近和重复程度。系统的动态误差在动态测量时输入参数与输出参数之间随时间而变化的函数关系。3/10/202320大气数据飞行高度及高度变化率的测量3/10/202321大气
9、数据高度定义q定义飞机的重心在空中距离某一测高基准面的垂直距离。绝对高度:基准面为实际海平面相对高度:基准面为某一参考平面真实高度:基准面为飞机正下方的地面目标之最高点在内的并与地平面平行的平面标准气压高度:基准面为标准海平面标准气压高度是国际上通用的高度,主要防止同一空域或同一航线上的飞机在同一气压面上飞行,发生两机相撞的可能。3/10/202322大气数据高度测量方法q利用大气的物理特性测高通过测量大气压力(静压)间接测高通过测量大气密度来测量飞行高度q利用无线电波的反射特性测量飞行高度(测真实高度)q通过测量飞机的垂直加速度,再二次积分得飞行高度3/10/202323大气数据气压式高度表
10、q利用测量绝对压力的弹性敏感元件来测量大气静压,根据高度与大气静压的关系,利用转换机构输出标准气压高度(相对于标准海平面的重力势高度)真空膜盒、膜盒串、波纹管q气压式高度表的误差推导标准气压高度公式时,对标准大气作了一些假设,而实际大气并不完全符合这些假设推导标准气压高度公式时,假设了标准大气和标准海平面,但实际海平面大气参数与标准海平面大气参数不同构造误差压力敏感元件的温度误差摩擦误差3/10/202324大气数据气压高度的测量系统q高度与大气压力关系为非线性q为使气压高度系统能用来测量飞机所在处相对于某一参考基准面的相对高度,系统中必须设有气压修正机构,并保证修正量与测高系统输出量之间成线
11、性关系q选用弹性模数温度系数小的恒弹性合金或熔凝石英3/10/202325大气数据机械式气压高度表3/10/202326大气数据气压式高度表的使用q标准气压高度的测量q绝对高度的测量q相对高度的测量气压调节旋钮,调节测量高度基准面的大气压力,单位:英寸汞柱、百帕3/10/202327大气数据高度传感器用凸轮完成高度解算,凸轮型面决定的从动轴转角与主动轴转角间的函数关系=f(),保证该传感器输出角与高度(H)间是线性关系,=KH。3/10/202328大气数据高度变化率的测量q飞机平飞,表壳内外气压相等,膜盒不膨胀不收缩,指针指零q飞机上升,开口膜盒内气压小于膜盒外气压,膜盒收缩,指针上指q飞机
12、下降,开口膜盒内气压大于膜盒外气压,膜盒膨胀,指针下指3/10/202329大气数据飞行速度q定义当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称为飞行速度。q速度的种类飞机相对于地球运动的速度升降速度:飞机重心沿地垂线方向运动的速度分量地速:飞机重心沿地平面运动的速度分量飞机相对空气运动的速度(横轴-机翼所在的轴,纵轴-机身轴)侧滑速度:飞机在垂直截面内横轴相对于气流的运动速度空速:飞机在纵轴对称面内相对于气流的运动速度3/10/202330大气数据3/10/202331大气数据地速的测量W(地速)=Vt(真空速)+V(风速)q地速:飞机相对于地面的速度q风速:空气相对于地面的运
13、动速度q空速:飞机相对于气流的速度q地速的测量:线加速度积分法和多卜勒效应法3/10/202332大气数据空速的测量q飞机相对于气流的速度即为气流相对于飞机的速度q不考虑空气的压缩性(密度、温度不变)时,q考虑空气的压缩性(密度、温度变化)时,上式不正确。q空气流速等于或大于音速时会产生激波,状态参数发生很大变化。3/10/202333大气数据空气流速小于音速时空速测量的理论基础若切面1处空气未受扰动,其压力和密度即为该处静压和空气密度,它与物体相对速度为V,设法使空气流在切面2处全阻滞,所有动能全部转化为压力能和内能。(压力为全压)使用全静压管收集全静压,使切面1处气流不被扰动,2处气流流速
14、为零。3/10/202334大气数据空气流速小于音速时空速测量的理论基础考虑音速的表达形式:冲压可表示并化解为:K为空气的绝热指数K=1.43/10/202335大气数据空速与动压的关系qc(9.8Pa)当飞机在同一高度、同一速度飞行时,考虑空气压缩性比不考虑空气压缩性所得的动压大。马赫数为0.60.7时,不考虑空气的压缩性,计算空速时,会造成913%的误差。3/10/202336大气数据空气流速大于音速时的空速当空气与飞机间的相对运动速度大于音速时将产生激波,空气在激波前后状态参数差别很大,伯努力方程已经不适用,涉及高速空气动力学知识,推导复杂。3/10/202337大气数据真空速、指示空速
15、、马赫数q真空速空气与物体之间相对运动的真实流速,即飞机相对空气运动的真实速度。q指示空速将飞机所具有的空速归化为标准海平面上飞机相对于空气的运动速度,即不考虑飞机所在处大气参数随高度而变化的空速。指示空速只与动压有关。q马赫数真空速与当地音速的比值。3/10/202338大气数据机械式真空速表原理q机械式空速表通常不测量大气静温、密度,而是将它们转换为大气静压的测量。在标准大气的情况下,飞机所在处大气参数和标准海平面大气参数的关系为:3/10/202339大气数据空速表结构拨杆式组合型空速表结构3/10/202340大气数据空速表q用开口膜盒测动压,真空膜盒测静压,且都有非线性输入/输出静特
16、性。q运算通过拨杆、扇形齿轮实现。q利用粗、细两个指针指示指示空速和真空速3/10/202341大气数据指示空速q如果将真空速中的大气静压、密度(或静温)看作常数,并分别等于国际标准大气中标准海平面上的大气静压、密度(或静温),则所得空速为指示空速。q指示空速只在标准海平面上与真空速相等。q指示空速只与动压有关,也称为仪表空速。q随高度增加,大气密度相对变化量急剧增加,真空速和指示空速差值急剧增加。3/10/202342大气数据指示空速的计算指示空速只与动压有关,指示空速表只需开口膜盒。(见p45页图)3/10/202343大气数据指示空速与真空速的关系真空速与动压的关系:指示空速与动压的关系
17、:指示空速与真空速的关系:指示空速反映飞机上的空气动力的大小,是操纵飞机,保证飞行安全的重要参数。飞机升力为Y=CYSpd3/10/202344大气数据马赫数q对亚音速飞机,在飞机速度小于临界马赫数时,飞机具有速度稳定性q达到临界马赫数时,飞机焦点后移,出现速度不稳定,反操纵现象q飞机接近音速时,某些局部可能产生局部激波,阻力急剧增加,将会导致飞机的稳定性和操纵性变坏,甚至产生激波失速。为防止激波失速,必须测量马赫数。3/10/202345大气数据马赫数与冲压、静压的关系3/10/202346大气数据温度与马赫数的关系q马赫数仅与动压(或全压)和静压有关,而与大气静温(或大气密度)无关。q大气
18、总温与静温之间的关系离不开马赫数q可根据总温和马赫数间接求解大气温度q马赫数表由皮托管引入全压和静压到开口膜盒和密封壳体中。3/10/202347大气数据马赫数表的结构q根据真空速与动压、静压、气温的关系和音速与气温的关系,可以求出马赫数与动压、静压的关系。若保持静压、气温不变,动压增大,真空速必然相应的增大。音速不变,所以马赫数变大;若保持动压、气温不变,静压减小,真空速也必然增大,音速不变,马赫数也要变大;若动压、静压不变,气温升高,则真空速和音速按同样的比例增大,马赫数保持不变。由上面的分析可知:马赫数的大小只由动压和静压来决定,而与气温无关。q马赫数表就是用一个开口膜盒测量动压,而用一
19、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。3/10/202348大气数据马赫数表与真空速表的不同q马赫数表利用一个开口膜盒感受动压,利用真空膜盒感受静压,指针的指示按马赫数与动压、静压的函数关系式所表示的关系,随动压的增大而增大,随静压的增大而减小工作的。它的结构与组合型空速表大致相同。q马赫数表与组合型空速表的主要区别有以下两点:从理论上讲,它们的真空膜盒的特性曲线是不同的,马赫数与气温无关,而真空速与气温有关。马赫数与静压的0.5次方成反比;而真空速与静压的0.4次方成反比。马赫数与真空速的这一区别,决定了马赫数表真空膜盒的特性曲线与组盒型空速表中真空速表部分的真空膜盒的特性
20、曲线是不同的。马赫数表没有气温方法误差,因为马赫数只与动压、静压有关,与气温无关,所以气温变化时,马赫数表没有气温修正。3/10/202349大气数据用于计算各种大气数据信息的原始参数 信号:决定因素:(Ps)静压 大气压力 (Pt)全压 皮托管压力 (Qc)动压 总压 静压 (ALT)高度 静压 高度变化率 静压的变化率 (M)马赫数 总压 静压(TAT)大气总温 总温(SAT)大气静温 总温 马赫数(IAS)指示空速 总压 静压(CAS)计算空速 总压 静压 SSE(TAS)真空速 总温 马赫数3/10/202350大气数据基本补偿q静压源误差修正(SSEC):修正因气流流过飞机引起的静压
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