小部件大作用:空速管对飞机有多重要?

作者:亚洲城官网 | 2020-08-03 09:28

  在很多飞机的机头或机翼上一般都会有一根细长的管子。看起来如同佩刀一般,曾有笑话说这是飞机用于空战的刺刀。能把敌方飞机捅出一个窟窿来。当然了,这只是网友开玩笑罢了。这根长长的管子就是飞机的空速管。它是用来测量飞机飞行时的总压,静压,攻角等参数,然后经过处理,就可以得到飞机飞行的速度,攻角,气压高度,以及升降速度等。

  在飞机上使用的空速管,一般有直管型与L型两种。其工作原理关键在于测量全压和静压。空速管是中空的双层套管,头部为半球形。中间开一个测总压的孔,孔径一般为0.3d(d为直管的外径);并在距离前端3d处开一圈的缝隙用来测量静压,这一圈的缝隙也称为静压孔。管子内部有两条通路来传递压力,一路链接静压孔,一路连接总压孔,一直通到托柄。

  测速时空速管头部对准机头方向,当飞机向前飞行时,气流便冲进空速管,速度降为零,在管子末端的感应器就能测得总压。静压孔测得静压,根据伯努利方程,总压等于动压与静压的和。因此,二者之差就是动压。然后根据公式 v=√(2(p_0-p)/ρ)

  即可以计算出飞机飞行的速度。不过测试时不必分开总压与静压去分别测量。只需要将两个通路连接在一根U型测压计的两支上直接测量二者的差(p_0-p)即可。比较两种压力的感应器是一个用上下两片很薄的金属片制成的表面带波纹的空心圆形盒子,称为膜盒。这盒子是密封的,但有一根管子与空速管相连。如果飞机速度快,动压便增大,膜盒内压力增加,膜盒会鼓起来。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,这就是最简单的飞机空速表。

  飞机上所安装的空速表指示的空速值也称指示空速,他是利用开口膜盒等敏感元件,通过测量空速管处的总压与静压的压差即动压,并把它转换为标准海平面状态下(静压为1013.25千帕或760毫米汞柱,温度为15C)的速度单位,间接测出空速。它实质上是一个精密压力测量仪表,只是将表盘上的压力单位改为速度单位,在标准海平面状态下它所指示的空速(表速)值与真实空速相吻合,非标准状态下或海平面以上,指示空速将偏离真实空速,高度愈高,偏差愈大。

  马赫数会对于静压源误差的影响,一般规律是:在亚音速飞行时,误差随马赫数数增加而逐渐增加,跨音速时,误差急剧增大,超音速时,因为机体对超音速流的扰动不能向上游传播,这时空速管后体的机身对其静压的探测才没有影响。攻角对于静压源误差也有影响,一般规律是:对于亚音速空速管,攻角越大,静压源误差越大。对于超音速空速管,攻角增大时,静压源误差不大。

  通常利用气动补偿的方法来补偿静压源误差。这也是为什么静压孔非要开在距离前端3d处呢的原因。假定测点附近气流是直匀流。总压孔对准来流,来流撞在孔上,速度降为零,相应的压强达到了总压p_0,这是没有什么问题的。要研究的是怎样测准静压。一方面,静压孔天开在横管上,管的存在必然要对气流产生扰动。气流流过它的时候在前端附近有较大的扰动,在管前端正中心处流速降为零,以后绕半球面向后流去,流速迅速增大起来,不仅达到了原来的速度,而且在球面与直管连接处附近流速大大超过了原来的速度,再往后流速又迅速地降下来,渐渐趋品近于来流的速度,不过真正要完全达到原流速值,那得走到很远的下游去(假定直管一直伸向后去)。

  另一方面,托柄的存在使气流在托柄之前流速就有所下降,越接近托柄,这个下降量越大。这两个因素的作用恰好相反。实验指明,如果把静压孔开在距前端3d处,那么这两个因素的作用差不多对消,那就能从这个孔测得与未扰气流的静压相等的压强。静压孔还有一点要注意的是测孔的中心线必须和气流相垂直,否则就可能掺进总压的作用

  在地面上长期停放的飞机,如果没装空速管保护套,会有沙尘蚊虫进入,造成全压管部分堵塞或者全部堵塞。当飞机爬升后,随着外界静压的减小,由于膜盒内部的全压不变,维持地面的场压,膜盒内部压力大于外部压力,膜盒开始膨胀,空速表有速度指示,随着飞行高度增加,指示空速将继续增大;当高度上升到某一高度后,空速指示将超过最大使用速度,此时飞机警告系统将会激发超速警告信号,给飞行员超速的错误提示,如果飞行员相信空速表的指示,飞行员将会被误导收油门减速,但若高度没有降低,即使油门全收,超速警告仍然会不断提示。如果此时飞行员经验不足,或者外界能见度差看不见外界的参考物等因素,极端状况下,飞机将由于错误的操作进入失,速状态直至坠毁,1996 年伯根航空301航班空难即为空速管堵塞引发错误操作所致。

  在空速管内除了装有加热装置外,还设计了漏水孔,该漏水孔可以将进入管内的雨水、冷凝水排出管外,以及被空速管加热电阻装置融化积冰的冰水排出管外。当空速管雨水孔被异物堵塞,管内会有水分残留,残留的水分会影响气流在管内的流动特性,进而影响到管底膜盒感应到的压力。如果进水量过多,将在管路的U型部位积水,堵塞气流通道,膜盒感受的压力误差将显著增大。

  为防止空速管积冰,空速管内都装有加热电阻和漏水孔。飞机在高空飞行时,受“垂直温度递减率”影响,海拔每升高1000m,气温降低6C,当飞机到达一定高度,随着外界大气温度降低,飞机进 入覆冰区,如果此时空速管加温装置失效,湿冷气流会凝结在空速管管口,空速管管口将会被覆冰堵塞。空速管积冰,导致进人空速管的气流减少,在管子末端的感应器会感受到气流的冲击力量减少,即产生误差,使得空速表失效或者失真。空速表是重要的驾驶领航仪表,空速表失效或者失真会使飞行员失去判断飞行状态的依据,飞机可能已经进人危险状态而飞行员却无法觉察。如果因此而给自动驾驶系统提供了错误信息,就会出现非指令性的飞行状态。

  空速管是非常重要的飞行导航测量传感器,但由于探测所需,安装位置又必须暴露在机身外部,因此要特别重视对其保养维护。飞机飞行前都要要特别注意对其外观检查,管口有无异物;飞机落地后及时将空速管保护套装上,防止蚊虫钻入;经常检查漏水孔有无堵塞,及时放掉沉淀槽内的积水;定检时,要拆下空速管对其进行吹洗,防止尘土沉积,并通电测试防冰加温系统是否工作良好。


亚洲城官网