空速管的工作原理

空速管的工作原理

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碳纤维直柄型PSS-8空速管                FTB-1迎角传感器|侧滑角传感器|空速管系统

"空速管的工作原理是什么？是怎样测量高度和空速的？空速管也称皮托管、总静压管等，它是测量飞机飞行时周边气流的总压和静压等数据，并将测得的静压和全压等大气压力数据传送至大气数据计算机和驾驶舱内飞行仪表的装置。

空速管测量出来的速度并非是飞机真正相对于地面的速度，而只是相对于周围大气的速度，所以称为空速，如果有风，飞机相对地面的速度(称地速)还应加上风速(顺风飞行)或减去风速(逆风飞行)。也是机头雷达罩前空速管，只不过利用安装位置优势缩短空速管长度。尽管空速管技术是目前*成熟、应用*为广泛的大气数据测量技术，空速管直到现在仍然是飞机空速测量的重要手段。

早期的测量静压（Ps）和动压（Qc）压力传感器是典型的机械式传感器，我们称之为膜盒，它实际上是一个用上下两片非常薄的金属片制成的表面带波纹的空心圆形盒子，膜盒通过一根管子与空速管相连，空速管中的气流可以吹到膜盒里，动压造成膜盒金属片发生形变，用一个由小杠杆和齿轮等组成的装置可以将膜盒的变形测量出来并用指针显示，这就是早期的空速管和空速表，也被称作机械式空速管和空速表。压敏传感器制造的空速管，比起早期机械式空速管测量更加准确。早起的空速管和高度和空速膜盒仪表在一起使用，针系统无需加电就可以使用，这也是膜盒高度表和空速表的*大优势。

早期的空速管一般是枪式空速管，设置在飞机机头整流罩前，因此也叫“风向标”；后来的空速管后移，一般设置在战斗机整流罩后的机头侧面。还有的设置在垂尾或者机翼上。之所以设置在这些位置，是因为空速管为了保证测得的气流数据准确，扰流小，安装位置一定要在飞机外面气流较少受到飞机影响的区域。为了保证测得数据的静压和动压数据准确，空速管一般要准备至少2套以上。至于空速管工的作原理的测速原理，我们可以看到空速管的前端有一个小孔，实际上它由两个同心圆管组成，内圆管为总压管，外套管为静压管。当飞机向前飞行时，气流便进入空速管前端的小孔，而安装在管子末端的传感器就能感受到气流冲击的力量——这实际上就是一个压力传感器，感受到的压力被称作动压。飞机飞得越快，气流冲击力越大，动压就越大。而此时将空气静止时的静压与动压相比，就可以得出压差。早期的压力传感器是典型的机械式传感器，我们称之为膜盒，它实际上是一个用上下两片非常薄的金属片制成的表面带波纹的空心圆形盒子，膜盒通过一根管子与空速管相连，空速管中的气流可以吹到膜盒里，动压造成膜盒金属片发生形变，用一个由小杠杆和齿轮等组成的装置可以将膜盒的变形测量出来并用指针显示，这就是早期的空速管和空速表，也被称作机械式空速管和空速表。当然后来空速管发生了很大变化，出现了电子式空速管，即采用压敏元件来替代机械式膜盒。压敏传感器制造的空速管，比起早期机械式空速管测量更加准确。但必须指出的是，空速管测量出来和空速表显示的速度，不是飞机相对于地面的速度（即所谓地速），而是飞机相对于大气的速度（即所谓空速），地速和空速是通过加减大气的流速（风速）而进行相互换算的。即便是相同的空速，在低空和高空，由于大气密度不同，空速管测量的同一飞行速度下的动压也不一样，同样的空速，在高空中气流更稀薄，动压测量数值更低，因此空速表显示的数值更低；而在低空空气密度高，动压测量数值高，因此空速表显示的数值更高，所以空速表上读出的空速数值，也被称作“表速”。试飞英雄李中华试飞的歼-10“低空大表速”科目中的表速，就是这个东西。所以现代的空速表，一般都有两个指针，一粗一细，其中宽的指针显示的是“表速”，而细的指针显示的则是经过修正的、相当于标准大气压力水平下的真实空速，这个空速被称作“实速”。空速管是飞机上非常重要的传感器之一，它能显示飞机的飞行速度。而如果空速管出现故障或者结冰阻塞，无法显示出正确的飞行速度读数，甚至会造成机毁人亡的重大事故。

空速管也叫皮托管、总压管、总静压管。它是感受气流的总压（也称全压Pt）和静压，并将测得的压力气流传送给大气数据计算机、飞行仪表的装置。空速管主要是用来测量飞行速度和高度的。空速管是飞机上极为重要的测量工具，安装位置一定要在飞机外面气流较少受到飞机影响的区域，一般在机头正前方，垂尾或翼尖前方。飞机在亚声速飞行时，空气因受机体的扰动作用，在其周围形成了一个飞机绕流场，而空速管探测到的气流静压实际上是飞机绕流场中的静压。空速管测量出来的速度并非是飞机真正相对于地面的速度，而只是相对于大气的速度，所以称为空速，如果有风，飞机相对地面的速度(称地速)还应加上风速(顺风飞行)或减去风速(逆风飞行)。也是机头雷达罩前空速管，只不过利用安装位置优势缩短空速管长度。许多战斗机则是进一步取消了机头空速管，这一特点也在国外多型战斗机的新升级改型中出现。尽管空速管技术是目前*成熟、应用*为广泛的大气数据测量技术，空速管直到现在仍然是飞机空速测量的重要手段。随着航空航天技术的发展，新技术的出现以及新飞行器特殊的飞行要求等综合因素下，传统的空速管的新问题和无法满足新需要开始凸显。特别是在当下几个主要军 事强国争相发展的高超音速飞行器领域，空速管的上述问题更为突出。

为什么不用GPS来测空速，非要利用空速管？因为GPS测量的空速是飞机相对于地面的速度，在高山或峡谷等非空旷领域GPS信号容易丢失，这时空速管测量的空速就替代GPS来测量空速，所以空速管是GPS测速的重要补充。同时，空速管测量气压高度和空速还具有GPS没有的优势，空速管与膜盒高度表和膜盒空速表配合使用，即使在整个飞机系统断电下，空速管还可以测量气压高度和空速。另一方面，空速管测量的静压和动压或全压数值，是飞机的一个飞行的重要参数，可以直接反映飞机飞行状态，例如飞机的升力是否足够及发动机工作状态等。

空速管的工作原理与空速管的外观结构有关，有的空速管只是测量全压（总压Pt），有的空速管上集成了许多静压孔，也能测量静压值,然后通过大气数据计算机解算成气压高度。根据是否加热除冰，空速管可以分为加热型空速管和不加热空速管。根据外观形状，还可以分为直柄型空速管、旋转头空速管和L型空速管。空速管的自动加温功能：一方面，可以保证空速管在高空的低温环境中正常工作；另一方面，在飞机地面维护中经常发生空速管意外加温导致管套烧毁，而不得不更换空速管的事件。

空速管的工作原理也与空速管上是否带有风标，即迎角传感器（AOA）和侧滑角传感器(AOS),此类型空速管主要用来飞机飞行试验的标准空速管，做为飞机上长度较短的空速管主要参考空速管。我们也常常看到有些国外军 用飞机上的空速管带有攻角传感器和侧滑角传感器。这种类型空速管的迎角传感器和侧滑角传感器主要是电位计和霍尔效应或RVDT同步器原理。

目前也有空速管上集成5孔探头或7孔探针空速管来测量飞行器的气压高度和空速及迎角（AOA）和侧滑角(AOS)，主要原理利用压力差比原理来测量迎角和侧滑角。

空速管的工作原理发展趋势：嵌入式大气数据系统（FADS）和激光空速测量（OADS）正在兴起，逐渐替代传统的的空速管，安装此类系统的飞机可以达到部分隐形的功能。嵌入式大气数据传感系统(Flush Air Data Sensing System)，简称 FADS，它是利用飞行状态与飞行器表面压力分布之间的相关关系进行大气数据测量的，在飞行器前端(或机翼前缘)布置一系列测压孔，通过测压孔将气流经引气管路引入位于飞行器内部的压力传感器仓(内置压力传感器阵列)，敏感得到飞行器表面的压力分布数据，采用预先设定的一些算法，从测得的压力分布数据中解算得到大气数据参数(迎角、侧滑角、动压和静压)。嵌入式大气数据传感系统是融于飞行器外形表面的大气数据传感器技术。这种技术依靠嵌入在飞行器前端或机翼的压力传感器阵列，来测量飞行器表面的压力分布，并由压力分布间接获得飞行参数。这种新技术目前已在追求高机动性、超音速巡航能力的新一代隐身战机中的应用，也侧面表明其将成为大气数据传感技术未来的发展方向。 

空速管技术是目前zui成熟、应用zui为广泛的大气数据测量技术，直到现在仍然是飞机空速测量的重要手段。随着航空航天技术的发展，新技术的出现以及新飞行器特殊的飞行要求等综合因素下，传统的空速管的新问题和无法满足新需要开始凸显。特别是在当下几个主要军 事强国争相发展的高超音速飞行器领域，空速管的上述问题更为突出。不仅是高超声速飞行状态时，空速管所产生的激波将干扰飞行器的整体气动特性，不利于对飞行器的攻角、侧滑角等实现准确控制，而且高超音速飞行所产生的气动热更是很可能将传统的空速管烧蚀。另一方面，在强调隐身性能的现代作战飞机上，空速管突出于机身的结构则会引起可观的雷达反射。

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