空速管/皮托管是什么？

空速管/皮托管-飞行器中的关键测量装置

空速管（又称皮托管、总压管、总-静压管）是航空器上用于测量飞行速度的重要装置，英文名称为Pitot tube，由18世纪法国工程师H.皮托发明而得名。它是一种管状装置，专门用于测量气流的总压（也称全压）和静压，并将这些关键数据传送给大气数据计算机和飞行仪表。严格来说，皮托管仅测量气流总压，又名总压管；同时测量总压、静压的才称风速管，但习惯上多把风速管称作皮托管。空速管的主要功能是测量飞机相对于空气的运动速度（称为空速），帮助飞行员判断作用在飞机上的空气动力情况，计算飞机相对于地球表面的运动速度。皮托管/空速管用于测量飞机相对于周围空气的速度，即空速。这项数据对于飞行员的操控、飞行性能评估以及**飞行至关重要。简单来说，空速管就像一个“风速计”，只不过它测量的是飞机相对于空气的速度，而不是空气相对于地面的风速。

空速管的工作原理基于伯努利原理，该原理描述了流体在流动过程中速度、压力和能量之间的关系。空速管主要由两部分组成：
全压管 (Pitot tube)：这是一个设计成开口朝前的管子。它直接指向飞机的运动方向，捕捉到空气分子冲入管内的“冲击”力。这些空气分子被“停止”下来，导致管内压力增加。这个压力被称为总压或全压，它包含了静压和动压。
静压口 (Static port)：静压口通常位于飞机机身侧面，与大气静压相通。静压是未受干扰的大气压力，它与海拔高度和大气密度有关。现代飞机通常不止一个静压口，以确保足够的精度和冗余性。
通过测量全压和静压之间的差值，即可计算得出动压。动压与空速的平方成正比。空速指示器 (Airspeed indicator, ASI) 利用这一原理，将动压转换为飞行员可以理解的空速读数，单位为节（knots）或英里/小时（mph）等。

空速管的结构设计精巧，通常由两个同心的圆管组成：

内圆管‌：总压管，直接面向气流，前端开有顺气流的通心孔（总压孔）
外圆管‌：静压管，顶部封闭，后部侧面开有许多垂直于来流的小孔（静压孔）
空速管系统通常包含：
全压采集：正前方进气口动态捕捉气流总压值
静压采集：侧壁小孔或机身静压孔测量大气静压
风标传感器：攻角与侧滑角传感器（AOA/AOS:±140°范围）
数字处理单元‌：集成大气数据计算机ADC校准与RS485通讯接口
为防止结冰影响测量精度，空速管通常配备加温装置，并设有排水孔和排水接头。材质上多采用碳纤维/航空铝复合结构，具有良好的环境适应性，能在极端温度下稳定工作。
空速管的工作原理基于‌伯努利方程‌，通过测量气流的总压和静压差来计算空速：
压力测量‌：总压管前端感受气流总压（静压+动压）；静压管侧面小孔捕捉当地大气静压；两者差值即为动压，与飞机速度相关。
速度计算‌：气流进入总压管后受阻减速，速度降至零（称为"驻点"）；驻点处的压力即为总压；通过总压与静压的差值，可计算出飞机与空气的相对速度
气动和电信号转换‌：

传统机械式空速管使用膜片与齿轮组，压力差推动膜片变形带动膜盒指针，指示气压高度和指示空速；现代电子式采用压阻压力传感器或硅谐振压力传感器，将气动压力信号直接转换为数字信号，精度可达0.1节（约0.514米/秒）

空速管在传统航空器‌和新兴飞行器‌有着广泛而关键的应用：

• 商用客机：提供基本空速数据，确保飞行**
• 战斗机：高精度测量，支持复杂机动飞行
• 无人机与高空长航时无人机试飞
• 旋转翼无人机与直升机试飞
• eVTOL飞行器过渡飞行测试
• 高空伪卫星(HAPS)试飞验证
• 新机型研发试飞
• 飞行性能评估与适航认证

空速管的设计多种多样，但基本结构大同小异。常见的空速管包括：

总静压一体式空速管: 这种空速管将全压管和静压口集成在一起，结构紧凑，安装方便，但如果静压口堵塞，空速指示可能出现错误。
独立全压管: 只有全压输入，而静压口位于飞机机身上。 这种配置可以避免静压口堵塞造成的错误，但安装复杂。

空速是飞行员进行**飞行和性能评估的核心数据。空速管的用途主要体现在以下几个方面：
起飞和着陆：飞行员利用空速数据来控制起飞离地、上升和着陆过程中的速度，以确保**。
飞行速度控制：飞行员根据空速来保持飞机在*佳速度范围内飞行，以实现燃油效率、操纵性和结构**。
失速警告：控制飞机在失速边缘飞行，避免失速的发生。
飞行性能评估：确定飞机的爬升率、滑降率、以及巡航速度等性能参数。
飞行仪表组合：与高度表、垂直速度指示器等仪表配合使用，为飞行员提供完整的飞行状态信息。
自动驾驶系统：空速数据是自动驾驶仪控制的重要输入，用于控制飞机的速度和轨迹。
空速管的准确性对于飞行**至关重要。因此，需要定期进行维护和保养：
定期检查：检查空速管是否有损坏、堵塞或结冰现象。
清洁：使用合适的清洁剂清洁空速管，保持内部通畅。
加热系统检查：确保加热系统正常工作，特别是在高空飞行前。
静压口检查: 检查静压口是否畅通，有无异物堵塞。
校准: 定期校准空速指示器，确保其测量精度。

历史上因空速管故障导致的空难事故（如1996年伯根航空301号班机空难）凸显了其重要性。现代飞机通常安装两套以上的空速管以提高可靠性。

传统皮托管‌/空速管：仅测量气流总压，结构简单，成本较低
全静压管‌：同时测量总压和静压，现代飞机的主流配置
五孔差压式空速管‌：除了测试气压高度和知识空速，还可测量攻角、侧滑角等更多参数，用于高性能飞机和科研试飞。

空速管的安装位置对测量准确性至关重要：

典型位置‌：机头正前方（传统位置）；垂尾或翼尖前方；机身两侧（辅助空速管）；
隐身机型调整‌：五代战机为兼顾隐身效能，常安装在机身、机翼等非正前方位置
特殊飞行器‌：自旋翼机需避开旋翼下洗流区域；通常安装在机身鼻锥或前缘下方
安装位置必须选择在飞机外部气流受飞机影响较小的区域，以确保测量准确性。部分空速管外侧还装有小叶片，用于测量飞机的侧滑角或迎角。空速管作为飞行器大气数据系统的核心传感器，其技术仍在不断发展，以满足现代航空对精度、可靠性和多功能性的更高要求。随着低空经济的兴起和新型飞行器的涌现，空速管技术将继续在航空**与性能优化中发挥关键作用。

加热型空速管定义与基本功能：加热型空速管是在传统空速管基础上集成加热装置的特殊设计，主要用于防止结冰影响测量精度，确保极端环境下的测量稳定性。作为飞行器大气数据系统的核心传感器，它通过测量气流的总压和静压差来计算空速，并将这些关键数据传送给大气数据计算机和飞行仪表，为飞行员提供关于飞行速度的重要信息。
加热型空速管的加热系统采用智能化设计，主要包含以下关键组件：
加热元件‌：通常采用电阻丝加热方式，集成在探头内部
温度传感器‌：实时监测探头温度
控制电路‌：采用PWM(脉冲宽度调制)控制算法调节加热功率
排水系统‌：设有排水孔，防止积水干扰测量
加热系统的工作流程如下：
温度监测‌：通过温度传感器实时采集探头温度
功率调节‌：微处理器根据环境温度和执行PID算法，动态调节加热功率
防冰保护‌：当温度低于设定阈值时自动启动加热，防止结冰
过热保护‌：温度过高时自动降低功率，防止探头变形
特殊设计如苏-35等战机的空速管能在-40℃环境下正常工作，确保在雷暴云等极端条件下的数据准确性。系统还具备反极性保护和过载保护功能，提高可靠性。

以黛尔特（北京）科技有有限公司HPS-1加热型空速管为例，其典型技术参数如下：
参数类别 技术指标 性能特点
物理特性‌ 探头直径：9mm 尺寸小、质量轻
材质：不锈钢/航空铝/碳纤维 飞机级别材料
电气参数‌ 供电电压：9-32VDC 宽幅供电
*大加热功率：30W@24VDC 可调控功耗
环境适应性‌ 工作温度：-35℃～55℃ 极端环境适用
防冰功能：自动启动 智能温控
测量精度‌ 压力精度：≤0.2%FS 高精度测量
新型加热型空速管相比传统产品具有显著技术优势：
环境适应性‌：智能温控系统根据实时空速与环境温度匹配*佳温升曲线，防止探头结冰或过热变形
测量稳定性‌：在低压环境下保持良好的测量性能，适应极端温度条件
节能高效‌：PWM控制算法实现精细功率调节，减少能源消耗
集成度高‌：将加热系统、排水系统与测量探头一体化设计，安装简便。

五孔差压式空速管结构与工作原理
五孔差压式空速管是一种先进的多功能空速测量装置，其核心设计在于独特的探头结构与功能集成：
多孔探头结构‌：1个中心孔：用于测量气流总压；4个环绕分布的侧孔：分别位于上下左右四个方向，用于测量不同方向的差压；这种布局能够感知气流的三维方向特性。

功能模块集成‌：加热器：防止结冰影响测量精度，大气温度传感器：实时监测气流温度；排水孔：排除积水干扰；高精度压力传感器：将压力信号转换为电信号。
五孔差压式空速管基于流体力学原理，通过多参数测量实现**的空速计算：
压力感知机制‌：中心孔感受气流总压（静压+动压）；四个侧孔测量不同方向的差压；当气流以不同攻角和侧滑角流经探头时，各孔压力分布会随气流方向变化。
信号处理流程‌：压力传感器输出微弱模拟信号；通过前置放大器提升信号强度；20位高精度模/数转换器(A/D)将模拟信号转换为数字量；压力分辨率达0.01%量级，温度分辨率优于0.1℃。
参数解算‌：实时测量计算机执行传感器校准；消除非线性误差与温漂影响；基于空气动力学模型进行动态修正；结合温度数据计算空速、高度、攻角等参数。
五孔差压式空速管因其高精度和多参数测量能力，在以下领域有广泛应用：
新型飞行器试飞‌：

• 无人机与高空长航时无人机试飞
• 旋转翼无人机与直升机试飞
• eVTOL飞行器过渡飞行测试
• 高空伪卫星(HAPS)试飞验证

五孔差压式空速管相比传统空速管具有显著技术优势：
测量能力‌：

• 可同时测量空速(CAS和TAS)、高度(Hp)
• 实时获取迎角(AOA)和侧滑角(AOS)
• 测量静压(Ps)、动压(Qc)
• 监测大气总温(TAT)和静温(OAT)

五孔差压式空速管性能指标‌：
高精度：压力分辨率0.01%，温度分辨率0.1℃
高可靠性：抗振、抗干扰能力强
快速响应：适应动态飞行环境
黛尔特（北京）科技有有限公司的ADP-55加热型空速管还集成了攻角/侧滑角传感器和大气计算机，可直接输出空速、高度等多种飞行参数。在雷暴云等恶劣天气条件下，加热系统确保测量数据准确可靠，-40℃低温环境下仍能正常工作，保障高纬度地区飞行**。
五孔差压式空速管代表了空速测量技术的先进水平，其多参数、高精度的测量能力为现代飞行器的研发、测试和**飞行提供了可靠的数据支持。随着低空经济的发展和新型飞行器的涌现，这种先进的空速测量技术将发挥越来越重要的作用。