航空传感器与测试课件：13 第九章 飞行速度测量.ppt

1、2022-1-24第第九九章章 飞行速度测量飞行速度测量中国民航大学电子信息与自动化学院中国民航大学电子信息与自动化学院钟伦珑钟伦珑电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件2第第九九章章 飞行速度测量飞行速度测量9.1 9.1 简述简述9.2 9.2 地速的测量地速的测量 9.3 9.3 空速的测量空速的测量 9.4 9.4 指示空速的测量指示空速的测量9.5 Ma9.5 Ma数的测量数的测量电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件39.1 9.1 简述简述 地球表面坐标系（东北天）地球表面坐标系（东北天）电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件49.1 9.1 简述简述 机体坐标系机体坐标系

2、电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件59.1 9.1 简述简述电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件69.1 9.1 简述简述 飞行速度飞行速度飞机重心运动轨迹的切线方向的速度飞机重心运动轨迹的切线方向的速度 飞行速度分类飞行速度分类飞机相对于飞机相对于地面地面坐标系的运动速度坐标系的运动速度飞机相对于飞机相对于气流气流的运动速度的运动速度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件79.1 9.1 简述简述v飞机相对于地面坐标系的运动速度飞机相对于地面坐标系的运动速度 升降速度升降速度V Vy y升降速度指飞机重心沿地垂线升降速度指飞机重心沿地垂线方向的运动速度分量方向的运动速度分量 地速

3、地速W W飞机重心沿地平面运动的速度飞机重心沿地平面运动的速度分量分量电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件89.1 9.1 简述简述v飞机相对于气流的运动速度飞机相对于气流的运动速度 空速空速V V（真空速）（真空速）在在XOYXOY平面内，相对于气流的运动速度平面内，相对于气流的运动速度电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件99.1 9.1 简述简述 指示空速指示空速V Vi i又叫仪表空速，是不考虑又叫仪表空速，是不考虑H H、P PH H、T TH H影响时的空速影响时的空速 侧滑速度侧滑速度V Vz z在在YOZYOZ平面内相对于气流的运动速度平面内相对于气流的运动速度电子信息与

4、自动化学院航空传感器与控制元件109.1 9.1 简述简述v速度测量的用途速度测量的用途 导航导航 飞控飞控 安全安全电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件119.2 9.2 地速测量地速测量 线加速度积分法线加速度积分法 多普勒效应法多普勒效应法电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件129.2.1 9.2.1 线速度积分法线速度积分法 方法一：平台式方法一：平台式 在能自动跟踪地垂线和子午线的陀螺平台上沿在能自动跟踪地垂线和子午线的陀螺平台上沿地球东西方向和南北方向分别安装加速度传感地球东西方向和南北方向分别安装加速度传感器，测量相应的加速度分量，然后进行积分，器，测量相应的加速度分量，

5、然后进行积分，再求矢量和。再求矢量和。电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件139.2.1 9.2.1 线速度积分法线速度积分法 方法二：捷联式方法二：捷联式将三个加速度传感器直接沿飞机二个轴方向安将三个加速度传感器直接沿飞机二个轴方向安装，分别测量沿飞机三个轴向所具有的加速度装，分别测量沿飞机三个轴向所具有的加速度; ;根据航向一姿态系统所测得的航向角、俯仰根据航向一姿态系统所测得的航向角、俯仰角和倾斜角计算出飞机沿地球东西方向和南北角和倾斜角计算出飞机沿地球东西方向和南北方向的加速度分量，然后分别进行积分，再求方向的加速度分量，然后分别进行积分，再求矢量和。矢量和。电子信息与自动化学院航

6、空传感器与控制元件149.2.2 9.2.2 多普勒效应法多普勒效应法v多普勒效应：多普勒效应：振动源与观察者之间存在着相对运振动源与观察者之间存在着相对运动速度时，观察者所接收到的频率将与振动源所动速度时，观察者所接收到的频率将与振动源所发出的频率不同，频率的差值与相对运动速度成发出的频率不同，频率的差值与相对运动速度成正比，与振动的波长成反比。正比，与振动的波长成反比。 没有相对运动时：没有相对运动时：电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件159.2.2 9.2.2 多普勒效应法多普勒效应法v当发射机发射频率为当发射机发射频率为f fT T，并以速度，并以速度W W向接收机运动向接收机运

7、动电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件169.2.2 9.2.2 多普勒效应法多普勒效应法 多普勒频率（频率差）：多普勒频率（频率差）： 当发射机和接收机装于同一运动体上并以速度当发射机和接收机装于同一运动体上并以速度W W向反射体运动时，若发射机向反射体发射电向反射体运动时，若发射机向反射体发射电磁波，则接收机所接收到电磁波的频率差为：磁波，则接收机所接收到电磁波的频率差为：电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件179.2.2 9.2.2 多普勒效应法多普勒效应法 发射机和接收机在飞机上的两种安装发射机和接收机在飞机上的两种安装 方法一：方法一：发射发射- -接收安装在陀螺平台上，保证

8、接收安装在陀螺平台上，保证波束在飞机纵轴对称面内，与地平面夹角波束在飞机纵轴对称面内，与地平面夹角不变（不受飞行姿态影响）。不变（不受飞行姿态影响）。电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件189.2.2 9.2.2 多普勒效应法多普勒效应法 方法二：方法二：将发射机、接收机与飞机固定，并保将发射机、接收机与飞机固定，并保证其波束在飞机纵轴对称面内，且与飞机纵轴证其波束在飞机纵轴对称面内，且与飞机纵轴夹角为夹角为a a1 1电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件199.3 9.3 空速的测量空速的测量v空气流速小于音速（空气流速小于音速（Ma1Ma1） 假设流管是绝热的，根据能量守恒定律，在

9、相假设流管是绝热的，根据能量守恒定律，在相同的时间间隔同的时间间隔t t内，流入切面内，流入切面1-11-1所带进的能所带进的能量量E E1,1,应等于流出切面应等于流出切面2-22-2所带走的能量所带走的能量E E2 2电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件209.3 9.3 空速的测量空速的测量v1-11-1平面的能量平面的能量 动能：动能：流过截面流过截面S S1 1 处的流体质量流量处的流体质量流量电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件9.3 9.3 空速的测量空速的测量 势能：势能：包括压力能、重力势能、内能包括压力能、重力势能、内能21电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件2

10、29.3 9.3 空速的测量空速的测量 流入流入1-11-1切面的空气所带进的能量为切面的空气所带进的能量为: : 流出流出2-22-2切面的空气所带出的能量为切面的空气所带出的能量为: :电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件239.3 9.3 空速的测量空速的测量 质量守恒：质量守恒： 能量守恒：能量守恒： 气流水平：气流水平： 不考虑空气压缩性，以及温度一致时，则有：不考虑空气压缩性，以及温度一致时，则有：电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件249.3 9.3 空速的测量空速的测量 使空气在使空气在2-22-2截面处受到全阻滞，即截面处受到全阻滞，即V V2 2=0=0，则此，则此

11、处空气的动能将全部转为压力能处空气的动能将全部转为压力能电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件9.3 9.3 空速的测量空速的测量 总压总压p pt t包括两部分包括两部分: :一部分是大气静压一部分是大气静压p ps s; ;另一另一部分是由空气相对物体运动速度部分是由空气相对物体运动速度V V所具有的动所具有的动能转换而来的压力能转换而来的压力, ,称为动压称为动压q qc c 则：则：25电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件9.3 9.3 空速的测量空速的测量26电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件279.3 9.3 空速的测量空速的测量电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件

12、9.3 9.3 空速的测量空速的测量 考虑空气压缩性则有：考虑空气压缩性则有：电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件9.3 9.3 空速的测量空速的测量电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件9.3 9.3 空速的测量空速的测量电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件319.4 9.4 指示空速测量指示空速测量v指示空速：又叫仪表空速，将大气参数归一化到指示空速：又叫仪表空速，将大气参数归一化到v标准海平面时的空速，用标准海平面时的空速，用V Vi i表示。表示。电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件9.4 9.4 指示空速测量指示空速测量32电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件339

13、.5 Ma9.5 Ma数的测量数的测量9.5 Ma9.5 Ma数的测量数的测量v音速与马赫数音速与马赫数 音速音速-a-a声音在空气中的传播速度。声音在空气中的传播速度。2022-1-24349.5 Ma9.5 Ma数的测量数的测量 马赫数马赫数-Ma-Ma空气流速与音速之比空气流速与音速之比2022-1-24359.5 Ma9.5 Ma数的测量数的测量2022-1-2436电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件9.5 Ma9.5 Ma数的测量数的测量37电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件9.5 Ma9.5 Ma数的测量数的测量38电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件9.5 Ma9.5 Ma数的测量数的测量39