1、大气数据全册配套完整课件大气数据全册配套完整课件22022年1月28日5时02分大气数据系统（概论）2022年1月28日5时02分第3/共252022年1月28日5时02分第4/共252022年1月28日5时02分第5/共252022年1月28日5时02分第6/共252022年1月28日5时02分第7/共25“大气数据系统大气数据系统”课程介绍课程介绍n“大气数据系统大气数据系统”是电子信息工程专业本科是电子信息工程专业本科生的专业课程之一，主要介绍大气数据基本生的专业课程之一，主要介绍大气数据基本理论、典型大气数据仪表、大气数据计算机理论、典型大气数据仪表、大气数据计算机及其输出显示部分。及
2、其输出显示部分。n重点是理解气压高度公式的推导、能利用柏重点是理解气压高度公式的推导、能利用柏努里方程建立指示空速、计算空速、真空速、努里方程建立指示空速、计算空速、真空速、马赫数公式。马赫数公式。n掌握气压高度表、指示空速表、马赫数表、掌握气压高度表、指示空速表、马赫数表、升降速度表等基本工作原理，基本掌握大气升降速度表等基本工作原理，基本掌握大气数据计算机系统的组成、硬数据计算机系统的组成、硬/软件的分析、各软件的分析、各种形式的监控原理、显示原理及大气数据计种形式的监控原理、显示原理及大气数据计算机与其他系统的联系。算机与其他系统的联系。2022年1月28日5时02分第8/共25“大气数
3、据系统大气数据系统”课程介绍课程介绍n计划学时计划学时：12课内学期课内学期n考试性质考试性质：闭卷笔试：闭卷笔试n成绩评定成绩评定笔试成绩笔试成绩85分（闭卷）分（闭卷）平时成绩占平时成绩占15分（依据平时作业和出勤情分（依据平时作业和出勤情况评定）况评定）大气数据占课程总成绩大气数据占课程总成绩20%n选用教材选用教材：赵淑荣，罗云林：赵淑荣，罗云林：大气数据系大气数据系统统，兵器工业出版社，兵器工业出版社n授课老师：刘瑞华，授课老师：刘瑞华，130343620882022年1月28日5时02分第9/共25“大气数据系统大气数据系统”课程介绍课程介绍n主要教学内容：主要教学内容：概论概论飞
4、行高度及高度变化率的测量飞行高度及高度变化率的测量飞行速度飞行速度全静压系统全静压系统大气数据计算机系统大气数据计算机系统大气数据计算机的基本计算方法大气数据计算机的基本计算方法大气数据计算机系统输出及显示仪表大气数据计算机系统输出及显示仪表2022年1月28日5时02分第10/共25大气数据系统：发展概况大气数据系统：发展概况n50年代前，分立式仪表年代前，分立式仪表n50年代后，机载设备相继增多年代后，机载设备相继增多n模拟式中央大气数据计算机模拟式中央大气数据计算机n各种模拟器件各种模拟器件,伺服系统伺服系统n70年代年代,混合式大气数据计算机混合式大气数据计算机n80年代年代,数字式大
5、气数据计算机数字式大气数据计算机（DADC）出现，为飞机提供更多）出现，为飞机提供更多的大气数据参数的大气数据参数2022年1月28日5时02分第11/共25大气数据系统：地球大气层大气数据系统：地球大气层n地球外围由大气层所包围。地球外围由大气层所包围。n按照物理性质，大气可分为五层：按照物理性质，大气可分为五层：对流层（变温层）对流层（变温层）平流层（同温层）平流层（同温层）中间层中间层电离层（热层）电离层（热层）散逸层散逸层2022年1月28日5时02分第12/共25地球大气层地球大气层n对流层对流层l距地球中纬度距地球中纬度11km，赤道，赤道17km，两极，两极8km，包含了大气质量
6、的，包含了大气质量的3/4n平流层平流层l对流层顶部到离地约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，温度几乎不变，包含了大气质量的约1/4n中间层中间层l30km到到80100km为止，大量的臭氧，大气质量的为止，大量的臭氧，大气质量的1/3000n电离层电离层l中间层到离地中间层到离地500km，空气稀薄，听不到声音，空气稀薄，听不到声音n散逸层散逸层离地离地5001600km之间，也称为外层大气之间，也称为外层大气2022年1月28日5时02分第13/共25大气数据系统：大气紊流大气数据系统：大气紊流n大气紊流（湍流）：大气紊流（湍流）： 空气空气紊乱流动紊乱流动的现
7、象，旋涡和不规则的波动，使得大的现象，旋涡和不规则的波动，使得大气中的风向、风速呈随机变化。其特征是间断性和气中的风向、风速呈随机变化。其特征是间断性和片块状，会使飞机产生颠簸。片块状，会使飞机产生颠簸。n风切变：风切变： 空间任意两点之间空间任意两点之间风矢量风矢量的变化。的变化。n微下冲气流：微下冲气流： 较强的较强的下降气流下降气流。飞机在起飞、着陆过程中遇到超过。飞机在起飞、着陆过程中遇到超过自己爬升或下降速率的下降气流，对飞行的危害最自己爬升或下降速率的下降气流，对飞行的危害最大。大。2022年1月28日5时02分第14/共25大气数据系统：大气参数大气数据系统：大气参数l静压静压(
8、ps)：飞机周围自由空气的压力飞机周围自由空气的压力l动压动压(pd)：气流的定向运动具有动能，当气流气流的定向运动具有动能，当气流到达驻点时，动能变为压力能和热能。单位到达驻点时，动能变为压力能和热能。单位面积上升高的压力称为动压面积上升高的压力称为动压 pd=1/2H2 H为标准大气为标准大气H高度上的空气密度，高度上的空气密度，v为空速。为空速。 l冲压冲压(pc)：定义与动压相同。：定义与动压相同。l区别是：动压是不可压缩的流体的理想定义，而区别是：动压是不可压缩的流体的理想定义，而冲压是考虑了空气的可压缩性。冲压是考虑了空气的可压缩性。lMa数小于数小于0.3时，冲压与动压似相等。时
9、，冲压与动压似相等。2022年1月28日5时02分第15/共25与大气数据有关的参数与大气数据有关的参数l全压全压(pt)：动压和静压之和，即气流到达驻点时，：动压和静压之和，即气流到达驻点时，单位面积上的总压力单位面积上的总压力l总温总温(Tt)：气流到达驻点时获得的气温叫总温：气流到达驻点时获得的气温叫总温l静温静温(Ts)：飞机周围自由空气所具有的温度：飞机周围自由空气所具有的温度l攻角攻角(AOA)：飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵轴：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之间的夹角（飞机竖轴和纵轴所在平面内测量的角度）度）l侧滑角侧滑角(SSA)：
10、飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵：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轴之间的夹角（飞机横轴和纵轴所在平面内测量的角度）角度）2022年1月28日5时02分第16/共25大气数据系统：国际标准大气大气数据系统：国际标准大气n1972年，由航空航天器技术委员会起草，年，由航空航天器技术委员会起草，国际民航组织、国际气象组织讨论，世国际民航组织、国际气象组织讨论，世界各主要国家同意，国际标准化组织编界各主要国家同意，国际标准化组织编写写国际标准国际标准ISO-2533标准大气标准大气。n标准规定了标准规定了20008000米高度范围内米高度范围内大气参数与高度的
11、关系。大气参数与高度的关系。2022年1月28日5时02分第17/共25大气数据系统：国际标准大气大气数据系统：国际标准大气 国际标准大气的规定国际标准大气的规定n空气为干燥清洁的空气为干燥清洁的理想气体理想气体，并遵循理想，并遵循理想气体方程所确立的关系气体方程所确立的关系式中，式中，p：气体压强，：气体压强，：空气密度，：空气密度，R：空：空气气体常数，气气体常数，T：气体温度：气体温度RTMTRP*2022年1月28日5时02分第18/共25国际标准大气国际标准大气n国际标准大气以国际标准大气以平均海平面平均海平面作为零高度作为零高度气压为气压为1个标准大气压，气温个标准大气压，气温15
12、，密度为密度为0.125kg.s2/m4n为便于探讨大气中的压力分布，国际标为便于探讨大气中的压力分布，国际标准大气引用了准大气引用了重力势高度重力势高度的概念。的概念。重力势表示地球大气层内某一给定点上空重力势表示地球大气层内某一给定点上空气微粒的势能。气微粒的势能。重力势高度以平均海平面作为重力势高度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。和几何高度的共同基准。重力势高度又称为重力势高度又称为标准气压高度标准气压高度。2022年1月28日5时02分第19/共25国际标准大气国际标准大气当空气微粒沿地球法线移动，单位质量所当空气微粒沿地球法线移动，单位质量所做的功为：做的功
13、为：d=ghdz= ghdh 重力势高度：重力势高度：H= /gn重力加速度随地理纬度的变化：重力加速度随地理纬度的变化：重力势高度与几何高度重力势高度与几何高度的关系为：的关系为： H=rh/(r+h)0hhg dh 29.80616 1 0.0026373cos20.0000059cos 2g2022年1月28日5时02分第20/共25国际标准大气国际标准大气n国际标准大气规定的国际标准大气规定的高度分层高度分层、大气温、大气温度及气温垂直梯度的关系度及气温垂直梯度的关系式中，式中，Hb和和Tb分别为相应层的重力势和大分别为相应层的重力势和大气温度的下界面值，气温度的下界面值，为气温的垂直
14、变化为气温的垂直变化率率( (=dT/dH)=dT/dH)bbhHHTT2022年1月28日5时02分第21/共25国际标准大气国际标准大气n国际标准大气条件，国际标准大气条件，气压与温度气压与温度的关系的关系取截面积为取截面积为dF、高度为、高度为dh的微气柱，其上下压差为的微气柱，其上下压差为dp分分析：析：dpdFgdhdFdh/hhnHbbdpdFg dhdFpRTggdppdhdHRTRTTTTHH 2022年1月28日5时02分第22/共25国际标准大气国际标准大气从而得到国际标准大气条件下，从而得到国际标准大气条件下，气压与高气压与高度的关系度的关系为为bbbnbhbgRbhbT
15、HHTRgPPHPPTHnlnlnln 10/或时bbnbhhbnbbHHRTgPPPPgRTHHlnln ln0或时2022年1月28日5时02分第23/共25大气数据系统：大气参数的测量单大气数据系统：大气参数的测量单位位n压力单位压力单位l帕斯卡帕斯卡Pa：每平方米的面积上作用有：每平方米的面积上作用有1牛顿的力牛顿的力 1Pa=1N/m2l标准大气标准大气atm：标准海平面的气压：标准海平面的气压 1atm=101325Pal工程大气压工程大气压at：1at=1Kgf/cm2=9.80665104Pa2022年1月28日5时02分第24/共25大气参数的测量单位大气参数的测量单位巴巴b
16、ar： 1bar=106dyn/cm2= 105 Pa毫米液柱：以液柱高度来表示压力的大小毫米液柱：以液柱高度来表示压力的大小1mmHg=1Torr=1/760atm=133.322Pa1mmH2O=9.80665Pa磅磅/英寸英寸2PSi：1PSi=1bf/in2=6.89476103Pa2022年1月28日5时02分第25/共25大气参数的测量单位大气参数的测量单位n温标温标作为温标的条件：可重复出现的固定点温度，作为温标的条件：可重复出现的固定点温度，标准温度计，相邻温度点的内插公式。标准温度计，相邻温度点的内插公式。三相点：可使一种物质三相（气相，液相，三相点：可使一种物质三相（气相，
17、液相，固相）共存的一个温度和压力的数值。如水固相）共存的一个温度和压力的数值。如水的三相点在的三相点在0.01（273.16K）及）及611.73Pa 出现。出现。摄氏温标（摄氏温标（t）、华氏温标（）、华氏温标（F）、热力学温）、热力学温标（标（T）、国际实用温标）、国际实用温标15.273 3259tTtF2022年1月28日5时02分第26/共25作业作业n1.国际标准大气的内容是什么？国际标准大气的内容是什么？n2.国际标准大气条件下，气压与高度的国际标准大气条件下，气压与高度的关系是什么？关系是什么？n3.大气温度及气温垂直梯度的关系。大气温度及气温垂直梯度的关系。n4.常见的大气压
18、力单位。常见的大气压力单位。n5.摄氏温度与其他温度的换算公式。摄氏温度与其他温度的换算公式。大气数据系统大气数据系统孙淑光孙淑光电子工程系电子工程系2022-1-282022年1月28日大气数据与惯导28大气数据系统大气数据系统n概论概论n飞行高度及高度变化率的测飞行高度及高度变化率的测量量n飞行速度飞行速度n全静压系统全静压系统n大气数据计算机系统大气数据计算机系统n大气数据计算机的基本计算大气数据计算机的基本计算方法方法n大气数据计算机系统输出及大气数据计算机系统输出及显示仪表显示仪表2022年1月28日大气数据与惯导29大气数据系统大气数据系统n发展历史发展历史50年代前，分立式仪表年
19、代前，分立式仪表50年代后，机载设备相继增多年代后，机载设备相继增多模拟式中央大气数据计算机模拟式中央大气数据计算机各种模拟器件各种模拟器件,伺服系统伺服系统70年代年代,混合式大气数据计算机混合式大气数据计算机80年代年代,数字式的数字式的大气数据计算机的出现，为飞机提供更多大气数据计算机的出现，为飞机提供更多的大气数据参数的大气数据参数2022年1月28日大气数据与惯导30地球大气层地球大气层n对流层（变温层）、平流层（同温层）、中间层、电离层（热对流层（变温层）、平流层（同温层）、中间层、电离层（热层）、散逸层层）、散逸层n对流层：对流层：距地球中纬度距地球中纬度11km，赤道，赤道17
20、km，两极，两极8km包含了大气质量的包含了大气质量的3/4n平流层：平流层：对流层顶部到离地约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，温度几乎不变，包含了大气质量的约1/4n中间层中间层30km到到80100km为止，大量的臭氧为止，大量的臭氧n电离层：中间层到离地电离层：中间层到离地500km，空气稀薄，听不到声音，空气稀薄，听不到声音n散逸层：离地散逸层：离地5001600km之间，也称为外层大气之间，也称为外层大气2022年1月28日大气数据与惯导31大气紊流大气紊流n大气紊流（湍流）：大气紊流（湍流）： 空气紊乱流动的现象，旋涡和不规则空气紊乱流动的现象，旋涡和
21、不规则的波动，使得大气中的风向、风速呈随的波动，使得大气中的风向、风速呈随机变化。机变化。n风切变：风切变： 空间任意两点之间风矢量的变化空间任意两点之间风矢量的变化n微下冲气流：微下冲气流： 较强的下降气流，飞机在起飞、着陆较强的下降气流，飞机在起飞、着陆过程中遇到超过自己爬升或下降速率的过程中遇到超过自己爬升或下降速率的下降气流，对飞行的危害最大。下降气流，对飞行的危害最大。2022年1月28日大气数据与惯导32大气数据有关的参数大气数据有关的参数n与大气数据有关的参数与大气数据有关的参数静压：飞机周围自由空气的压力静压：飞机周围自由空气的压力动压：气流的定向运动具有动能，当气流动压：气流
22、的定向运动具有动能，当气流到达驻点时，动能变为压力能和热能。单到达驻点时，动能变为压力能和热能。单位面积上升高的压力称为动压位面积上升高的压力称为动压 pd=1/22 为标准大气为标准大气H高度上高度上的空气密度的空气密度 冲压：定义与动压相同。区别是：动压是冲压：定义与动压相同。区别是：动压是不可压缩的流体的理想定义，而冲压是考不可压缩的流体的理想定义，而冲压是考虑了空气的可压缩性虑了空气的可压缩性2022年1月28日大气数据与惯导33与大气数据有关的参数与大气数据有关的参数全压：动压和静压之和，即气流到达驻点全压：动压和静压之和，即气流到达驻点时，单位面积上的总压力时，单位面积上的总压力总
23、温：气流到达驻点时获得的气温叫总温总温：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轴之间的夹角（飞机竖轴和纵轴所在平面内测量的角度）内测量的角度）侧滑角：飞机的质量中心运动轨迹与飞机侧滑角：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纵轴之间的夹角（飞机横轴和纵轴所在平面内测量的角度）面内测量的角度）2022年1月28日大气数据与惯导34标准大气（一）标准大气（一）n国际标准大气的规定国际标准大气的规定空气为干燥
24、清洁的理想气体，并遵循理想气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国际标准大气以平均海平面作为零高度气压为气压为1个标准大气压，气温个标准大气压，气温15，密度为密度为0.125kg.s2/m4n为便于探讨大气中的压力分布，国际标准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。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。重力势重力势高度和几何
25、高度的共同基准。重力势高度又称为标准气压高度。高度又称为标准气压高度。RTMTRP*2022年1月28日大气数据与惯导35标准大气（二）标准大气（二）n当空气微粒沿地球法线移动，单位质量当空气微粒沿地球法线移动，单位质量所做的功为：所做的功为：d=ghdz= ghdh n重力势高度：重力势高度：H= /gnn重力加速度随地理纬度的变化：重力加速度随地理纬度的变化：n重力势高度与几何高度的关系重力势高度与几何高度的关系H=rh/(r+h)0hhg dh 29.80616 1 0.0026373cos20.0000059cos 2g2022年1月28日大气数据与惯导36标准大气（三）标准大气（三）
26、国际标准大气规定的高度分层、大气温度国际标准大气规定的高度分层、大气温度及气温垂直梯度的关系及气温垂直梯度的关系bbhHHTTdpdFgdhdFdhhhnHbbdpdFg dhdFpRTggdpdhdHRTRTTTTHH 2022年1月28日大气数据与惯导37标准大气（三）标准大气（三）国际标准大气条件下，气压与高度的关系国际标准大气条件下，气压与高度的关系为为bbbnbhbgRbhbTHHTRgPPHPPTHnlnlnln 10/或时bbnbhhbnbbHHRTgPPPPgRTHHlnln ln0或时2022年1月28日大气数据与惯导38大气参数的测量单位大气参数的测量单位n压力单位压力单位
27、帕斯卡帕斯卡Pa：每平方米的面积上作用有：每平方米的面积上作用有1牛顿牛顿的力的力,1Pa=1N/m2标准大气标准大气atm：1atm=101325Pa工程大气压工程大气压at：1at=1Kgf/cm2=9.80665104Pa巴巴bar：1bar=106dyn/cm2= 105 Pa毫米液柱：以液柱高度来表示压力的大小毫米液柱：以液柱高度来表示压力的大小1mmHg=1Torr=1/760atm=133.322Pa1mmH2O=9.80665Pa磅磅/英寸英寸2PSi：1PSi=1bf/in2=6.89476103Pan温标温标摄氏温标摄氏温标、华氏温标、华氏温标、热力学温标、热力学温标、国际
28、实用温标、国际实用温标（t）（F）（T）15.273 3259tTtF2022年1月28日大气数据与惯导39测试系统的静态动态特性及误差测试系统的静态动态特性及误差n输入输入/输出特性曲线（难以用精确的解输出特性曲线（难以用精确的解析式表示）析式表示）n串联测试系统串联测试系统用图解法求测试系统的输入输出关系。用图解法求测试系统的输入输出关系。XXY1Y1Y1Y2Y2Y2YY2022年1月28日大气数据与惯导40用图解法求测量环节的特性曲线用图解法求测量环节的特性曲线串联测试系统静态特性曲线 两个测试系统静态特性曲线 2022年1月28日大气数据与惯导41测量系统特性描述参数（一）测量系统特性
29、描述参数（一）系统的静态误差系统的静态误差n绝对误差绝对误差 被测参数的给出值与相应的被测参数的给出值与相应的真值之差。真值之差。n相对误差相对误差标称相对误差标称相对误差 实际相对误差实际相对误差额定相对误差额定相对误差最大额定相对误差最大额定相对误差n基本误差、附加误差和工作误差基本误差、附加误差和工作误差基本误差基本误差 与标准设备进行对比和校准的差与标准设备进行对比和校准的差值值附加误差附加误差 使用条件偏离标准条件使用条件偏离标准条件工作误差工作误差 工作环境因素变化情况下的误差工作环境因素变化情况下的误差极限值极限值2022年1月28日大气数据与惯导42系统的静态误差（二）系统的静
30、态误差（二）n系统误差、随机误差和过失误差系统误差、随机误差和过失误差原理误差原理误差构造误差构造误差 系统误差系统误差(误差恒定不变或按一定规误差恒定不变或按一定规律变化）律变化）环境误差环境误差人员误差人员误差随机误差随机误差 多次测量所得各次的误差多次测量所得各次的误差过失误差过失误差 测量者读数、记录、计算所造成的测量者读数、记录、计算所造成的误差误差n精密度、准确度和精度精密度、准确度和精度 误差的反义词误差的反义词n测量范围、量程测量范围、量程 测量上限、下限测量上限、下限n灵敏度灵敏度 输出量微小变化与输入量微小变输出量微小变化与输入量微小变化之比化之比2022年1月28日大气数
31、据与惯导43测量系统特性描述参数（三）测量系统特性描述参数（三）n分辨率分辨率 输出量的每个阶梯所代表的输入输出量的每个阶梯所代表的输入量的大小量的大小n迟滞迟滞 同一工作条件下，同一参数的测量同一工作条件下，同一参数的测量值正反行程不同值正反行程不同n重复性重复性 同一方向多次改变参数时，对同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一被测参数所得的输出值之间的接近和重复程度。复程度。系统的动态误差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。时间而变化的函数关系。2022年1月28日大气数据与惯导44飞行高
32、度及高度变化率的测量飞行高度及高度变化率的测量2022年1月28日大气数据与惯导45高度定义高度定义n定义定义飞机的重心在空中距离某一测高基准面飞机的重心在空中距离某一测高基准面的垂直距离。的垂直距离。绝对高度：基准面为实际海平面绝对高度：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：基准面为标准海平面标准气压高度是国际上通用的高度，主要标准气压高度是国际上通用的高度，主要防
33、止同一空域或同一航线上的飞机在同一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。气压面上飞行，发生两机相撞的可能。2022年1月28日大气数据与惯导46高度测量方法高度测量方法n利用大气的物理特性测高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压力（静压）间接测高通过测量大气密度来测量飞行高度通过测量大气密度来测量飞行高度n利用无线电利用无线电 波的反射特性测量飞行高波的反射特性测量飞行高度（测真实高度）度（测真实高度）n通过测量飞机的垂直加速度，再二次积通过测量飞机的垂直加速度，再二次积分得飞行高度分得飞行高度lcch2212022年1月28日大
34、气数据与惯导47气压式高度表气压式高度表n利用测量绝对压力的弹性敏感元件来测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（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）相对于标准海平面的重力势高度）真空膜盒、膜盒串、波纹管真空膜盒、膜盒串、波纹管n气压式高度表的误差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了一些假设，而实际大气并不完全符合这些假设些假设推导标准气压高度公式时，假设了标准大推导标准气压高度
35、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与标准海平面大气参数不同构造误差构造误差n压力敏感元件的温度误差n摩擦误差2022年1月28日大气数据与惯导48气压式高度表的误差气压式高度表的误差n原理误差（气压方法误差、气温方法误原理误差（气压方法误差、气温方法误差、温度梯度误差）：差、温度梯度误差）：1000001/010011000 ,0,0.0065/1nbbR gHHHHHdpdTdpTm HTTC mTpHp 2022年1月28日大气数据与惯导49气压方法误差气压方法误差n由于实际海平面大气压力与标准大气压由于实际
36、海平面大气压力与标准大气压力不同力不同相对误差为：相对误差为：00000HpndpRTHHdppgp0000100pHnnHdpdpTRRTHHg HpgHp2022年1月28日大气数据与惯导50气温方法误差气温方法误差n实际海平面温度与标准海平面温度不同实际海平面温度与标准海平面温度不同相对误差为：相对误差为：00000TdTHHdTHTT000THTHT2022年1月28日大气数据与惯导51温度梯度误差温度梯度误差n实际温度梯度与标准温度梯度不同实际温度梯度与标准温度梯度不同相对误差为：相对误差为：10101111101lnTHTHdHHdHT 10111011011ln1lnHHHnHR
37、 THpdTTdHg HpHT 2022年1月28日大气数据与惯导52构造误差构造误差n温度误差温度误差用静压表示温度误差：用静压表示温度误差：用高度表示该误差：用高度表示该误差：n摩擦误差摩擦误差HHEtpptHtHdHHpdp 0112HtHEtEEttnndpHptdHRTRHtH tHHgg 2022年1月28日大气数据与惯导53气压高度的测量系统气压高度的测量系统n高度与大气压力关高度与大气压力关系为非线性系为非线性n为使气压高度系统为使气压高度系统能用来测量飞机所能用来测量飞机所在处相对于某一参在处相对于某一参考基准面的相对高考基准面的相对高度，系统中必须设度，系统中必须设有气压修
38、正机构，有气压修正机构，并保证修正量与测并保证修正量与测高系统输出量之间高系统输出量之间成线性关系成线性关系n选用弹性模数温度选用弹性模数温度系数小的恒弹性合系数小的恒弹性合金或熔凝石英金或熔凝石英2022年1月28日大气数据与惯导54机械式气压高度表机械式气压高度表2022年1月28日大气数据与惯导55气压式高度表的使用气压式高度表的使用n标准气压高度标准气压高度的测量的测量n绝对高度的测绝对高度的测量量n相对高度的测相对高度的测量量2022年1月28日大气数据与惯导56高度传感器高度传感器用凸轮完成高度解算，凸轮型面决定的用凸轮完成高度解算，凸轮型面决定的从动轴转角从动轴转角与主动轴转角与
39、主动轴转角间的函数间的函数关系关系=f(),=f(),保证该传感器输出角保证该传感器输出角与与高度（高度（H H）间是线性关系，）间是线性关系，=K=KH H 。2022年1月28日大气数据与惯导57高度偏差信号测量原理高度偏差信号测量原理测量高度偏差的方案（测量高度偏差的方案（a）（）（b）2022年1月28日大气数据与惯导58高度变化率的测量高度变化率的测量n飞机平飞，表壳内飞机平飞，表壳内外气压相等，膜盒外气压相等，膜盒不膨胀不收缩，指不膨胀不收缩，指针指零针指零n飞机上升，膜盒内飞机上升，膜盒内气压大于膜盒外气气压大于膜盒外气压，膜盒收缩，指压，膜盒收缩，指针上指针上指n飞机下降，膜盒
40、内飞机下降，膜盒内气压小于膜盒外气气压小于膜盒外气压，膜盒膨胀，指压，膜盒膨胀，指针下指针下指2022年1月28日大气数据与惯导59压力差与升降速度的关系压力差与升降速度的关系(1)n研究毛细管两端压力差与升降速度的关研究毛细管两端压力差与升降速度的关系系 空气在管内流动空气在管内流动,流速不同流速不同.设内摩檫力设内摩檫力(F),接触面积接触面积(A),动力黏度动力黏度(),速度梯度速度梯度(dv/dr)成正比成正比n取半径为取半径为r,长度为长度为L的空气柱的空气柱,当空气当空气等等速速流动时流动时,内摩檫力等于压力差内摩檫力等于压力差drdrLdrdAF2drdrLFpr22rdrLpd
41、22022年1月28日大气数据与惯导60压力差与升降速度的关系压力差与升降速度的关系(2)n积分后积分后 ,考虑管壁处气流速考虑管壁处气流速度为度为0,半径为半径为R, 可得速度值可得速度值,可见流速与半径可见流速与半径成抛物线分布成抛物线分布.n空气流量为空气流量为n考虑空气平均速度考虑空气平均速度124CrLp214RLpCpLDpLRrdrrRLprdrdAdQR1288 24 244022pLDRQ12842)(均容量pLDQ1284)(质量2022年1月28日大气数据与惯导61压力差与升降速度的关系压力差与升降速度的关系(3)n假定假定p内内 pH分别为内外压力分别为内外压力,r内内
42、 r H分别为内分别为内外密度外密度,T内内 T H分别为内外温度分别为内外温度,飞机飞机等速等速上升上升,dt时间内流出的空气体积与重量的关时间内流出的空气体积与重量的关系为系为n由于膜盒容积不变由于膜盒容积不变,空气重量减少是由于空气重量减少是由于密度减少造成的密度减少造成的.n流出的空气重量与膜盒内减少的重量二者流出的空气重量与膜盒内减少的重量二者相等相等,且且管均rdVdG内内内drVrVddG管均管均管均管均RTpRTprH管均内内RTdVpRTVdpH2022年1月28日大气数据与惯导62压力差与升降速度的关系压力差与升降速度的关系(4)n由此得出由此得出n由于由于HHHHrpdp
43、LDrdpLpDDdHLpDDdtAdV升降升降升降均12832432442222HHHHdppRTTKdppTTTLVRDdp 升降管均升降管均内内1284dVTTVpdpH管均内内2022年1月28日大气数据与惯导63压力差与升降速度的关系压力差与升降速度的关系(5)n由于由于n代入代入 得得n积分并考虑积分并考虑pH=pH0 p=0pddpdpH内pRTTKpddpHH升降管均1内dpCppRTTKRTTKHHH升降管均升降管均1ln12022年1月28日大气数据与惯导64压力差与升降速度的关系压力差与升降速度的关系(6)n得得n由于由于HHHppRTTKHeRTTKp011升降管均升降
44、管均RgHHRgHHHnntTpTHpp升降0000111112840041128RngHHHtTpTTTVLRDHeTTTRDVLp升降升降管均内升降内管均2022年1月28日大气数据与惯导65压力差与升降速度的关系压力差与升降速度的关系(7)n考虑压力差是升降速度和时间的函数考虑压力差是升降速度和时间的函数,指数的第二项随时间增长而很快减少指数的第二项随时间增长而很快减少,可忽略不计可忽略不计.n飞机等速下降时飞机等速下降时,数值相同数值相同,符号相反符号相反.升降内管均HTTTRDVLp41282022年1月28日大气数据与惯导66升降速度表的误差升降速度表的误差n温度误差温度误差(温度
45、升高温度升高,空气动力黏度升高空气动力黏度升高,与毛细管的平均温度近似成正比与毛细管的平均温度近似成正比)n延迟误差延迟误差2,1管均内指升降升降TTTH升降内管均HTTTRDVLKp241282022年1月28日大气数据与惯导67飞行速度飞行速度n定义定义当飞机在所选坐标系内运动时，沿其重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心运动轨迹切线方向的速度称为飞行速度。度。n速度的种类速度的种类飞机相对于地球运动的速度飞机相对于地球运动的速度n升降速度：飞机重心沿地垂线方向运动的速度分量n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飞机相对空气运动的速度
46、n侧滑速度：飞机在垂直截面内横轴相对于气流的运动速度n空速：飞机在纵轴对称面内相对于气流的运动速度W(地速）=Vt（真空速）+V（风速）2022年1月28日大气数据与惯导68地速的测量地速的测量n地速：飞机相对于地面的速度地速：飞机相对于地面的速度n风速：空气相对于地面的运动速度风速：空气相对于地面的运动速度n空速：飞机相对于气流的速度空速：飞机相对于气流的速度n地速的测量：线加速度积分法和多卜勒地速的测量：线加速度积分法和多卜勒效应法效应法2022年1月28日大气数据与惯导69空速的测量空速的测量n飞机相对于气流的速度即为气流相对于飞机相对于气流的速度即为气流相对于飞机的速度飞机的速度n不考
47、虑空气的压缩性（密度、温度不变不考虑空气的压缩性（密度、温度不变）时，）时， n考虑空气的压缩性（密度、温度不变）考虑空气的压缩性（密度、温度不变）时，上式不正确。时，上式不正确。n空气流速等于或大于音速时会产生激波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。，状态参数发生很大变化。221Vpd2022年1月28日大气数据与惯导70空气流速小于音速时空速测量的空气流速小于音速时空速测量的理论基础（一）理论基础（一）n空气流速小于音速时空气流速小于音速时假设空气在绝热的流管中流动，并假设假设空气在绝热的流管中流动，并假设空气在流动时，在空间任何一点所具有空气在流动时，在空间任何一点
48、所具有的状态参数不随时间而改变。在流管上的状态参数不随时间而改变。在流管上取垂直流管中心线的切面，其能量为取垂直流管中心线的切面，其能量为动能动能势能势能n压力能n重力能n内能tVQEv211121tQPtVFPtVFPEp111111111111111ZgtQEg2022年1月28日大气数据与惯导71空气流速小于音速时空速测量的空气流速小于音速时空速测量的理论基础（二）理论基础（二）111111111111111vvTpvC PCPPEUQ tQ tQ tAARCCK 内能：1kg空气的热量为：流过的空气的热量为：由于（其中：A热功当量；cp定压热容；cv定容热容）11 (J/kg)vUc
49、T1111 (J)vc pUQtRpvARcc2022年1月28日大气数据与惯导72空气流速小于音速时空速测量的空气流速小于音速时空速测量的理论基础（三）理论基础（三）n通过切面的能量为：通过切面的能量为：n在时间间隔在时间间隔内流出切面的空气带走的内流出切面的空气带走的能量为能量为n根据能量守恒：根据能量守恒：可得：可得：111111112111112PtQKtgZQtQPtVQE222222222222112PtQKtgZQtQPtVQE 2211221212221122 (212111 (22VPVPKKgZgZKKPVPV考虑空气压缩性）不考虑空气压缩性,温度、密度不变）2022年1月
50、28日大气数据与惯导73空气流速小于音速时空速测量的空气流速小于音速时空速测量的理论基础（四）理论基础（四）若切面若切面1处空气未受扰动，其压力和密处空气未受扰动，其压力和密度即为该处静压和空气密度，它与物体度即为该处静压和空气密度，它与物体相对速度为相对速度为V，设法使空气流在切面，设法使空气流在切面2处处全阻滞，所有动能全部转化为压力能和全阻滞，所有动能全部转化为压力能和内能。（压力为全压）内能。（压力为全压）使用全静压管收使用全静压管收集全静压，使切面集全静压，使切面1处气流不被扰动，处气流不被扰动，2处气流流速为零。处气流流速为零。211121 (2111 2ttsstPVPkkkkP
