要知道测量飞机飞行高度的原理,首先要理解的几个知识点:
地球大气层的构成;
国际标准大气;
传感器原理。
首先,地球大气层的构成
在地球内部,由地面起,向上的高度不同,气流的温度
要知道测量飞机飞行高度的原理,首先要理解的几个知识点:
地球大气层的构成;
国际标准大气;
传感器原理。
首先,地球大气层的构成
在地球内部,由地面起,向上的高度不同,气流的温度、压力、密度以及气象条件是变化的。根据这些气流参数和气象条件按照高度由低到高的变化规律,把大气层分为了五个部分:
对流层,平流层,中间层,热层和散逸层。
为了更好地理解,这里再介绍关于大气的物理参数和理想状态方程。
衡量大气物理性质的的几个参数:温度、压强(压力)、密度、音速、黏性和压缩性。
把空间中的气流分成一层一层的来看,由于气体分子的热运动,相邻气流层之间存在分子的动量交换,从而改变了相邻气流层之间的气流速度。这个现象就是气流的黏性,可以理解为相邻气流层之间的内摩擦。
压缩性即指气流的体积或密度随压强或温度而改变的性质。
气体的密度、压强、和温度之间的联系,可用理想状态方程表示,即 P=ρRT.其中
P-压强
ρ-密度
R-气体常数
T-温度
其次,国际标准大气
由于,大气的物理参数(密度、压强、温度等)随着地理位置、距离地面的高度和季节等因素的不同而改变。因此,飞机上的空气动力和飞行性能也随之变化。例如,同一架飞机在不同地点飞行,其飞行性能是不一样的;就算同一架飞机在同一地点飞行,由于季节或时间的不同,其飞行性能也会不同;不同的飞机自然表现出不同的结果。因此,为了便于比较飞机的飞行性能,国际航空界协议,人为规定了大气温度、密度和压强等随高度的变化关系,这就是国际标准大气。该规定以地球中纬度地区大气参数的平均值作为标准。
具体规定为:
(1)空气被看做是完全气体;
(2)大气的相对温度为零;
(3)以海平面作为高度计算的起点(H=0),在海平面处,温度To=15 ℃,压强Po=101325.6 Pa,密度ρ=1.225kg/m3。
(4)在高度11000m以下(对流层),气温随高度成线性变化,高度每升高1 m,气温下降0.0065 ℃。即
T=To-0.0065H,其中
T为大气对应高度上的温度,H为高度,单位m。
(5)在高度H=11000~24000 m(平流层),气温保持不变,此时 T=-56.5℃。
再次,温度传感器
飞机上使用的温度传感器,主要是双金属片(自动调温器)、热电敏和热电偶。
双金属片作为一种通/断的测量,把温度变化转化为机械位移。它包含两种金属片,金属片的热膨胀系数不同,通过铆接或焊接的方式连接在一起(见下图)。
受热时,两个金属片的膨胀差异使得元件弯向一侧,低于标称温度时,则弯向另一侧。膨胀系数高的金属片在受热时处于弯曲的外侧,受冷时则处于弯曲的内测。
这种器件可用于测量外部的空气温度,该传感器的感测部分穿过风挡玻璃,伸到外部的空气中。
最后,经过温度传感器测量出飞机所处位置的温度,由大气温度和高度的关系,即可计算出飞机所在的高度。计算由安装与飞机上的计算机完成,然后把高度显示在驾驶舱面板。
海拔高度和大气压是有紧密联系的,我们通常说的海拔高度是在标准大气压,1013百帕测算出来的,但飞行的时候,每个地方的海压不同怎么办?所以当飞机到达过渡高度的时候,美国是18000英尺,就会强制切换为标准大气压,QNH1013,或者根据管制员的要求进行切换,当飞机下降高度的时候,就会切换为当地海压,防止飞机高度出现误差。