要知道測量飛機飛行高度的原理,首先要理解的幾個知識點:
地球大氣層的構成;
國際標準大氣;
感測器原理。
首先,地球大氣層的構成
在地球內部,由地面起,向上的高度不同,氣流的溫度、壓力、密度以及氣象條件是變化的。根據這些氣流引數和氣象條件按照高度由低到高的變化規律,把大氣層分為了五個部分:
對流層,平流層,中間層,熱層和散逸層。
為了更好地理解,這裡再介紹關於大氣的物理引數和理想狀態方程。
衡量大氣物理性質的的幾個引數:溫度、壓強(壓力)、密度、音速、黏性和壓縮性。
把空間中的氣流分成一層一層的來看,由於氣體分子的熱運動,相鄰氣流層之間存在分子的動量交換,從而改變了相鄰氣流層之間的氣流速度。這個現象就是氣流的黏性,可以理解為相鄰氣流層之間的內摩擦。
壓縮性即指氣流的體積或密度隨壓強或溫度而改變的性質。
氣體的密度、壓強、和溫度之間的聯絡,可用理想狀態方程表示,即 P=ρRT.其中
P-壓強
ρ-密度
R-氣體常數
T-溫度
其次,國際標準大氣
由於,大氣的物理引數(密度、壓強、溫度等)隨著地理位置、距離地面的高度和季節等因素的不同而改變。因此,飛機上的空氣動力和飛行效能也隨之變化。例如,同一架飛機在不同地點飛行,其飛行效能是不一樣的;就算同一架飛機在同一地點飛行,由於季節或時間的不同,其飛行效能也會不同;不同的飛機自然表現出不同的結果。因此,為了便於比較飛機的飛行效能,國際航空界協議,人為規定了大氣溫度、密度和壓強等隨高度的變化關係,這就是國際標準大氣。該規定以地球中緯度地區大氣引數的平均值作為標準。
具體規定為:
(1)空氣被看做是完全氣體;
(2)大氣的相對溫度為零;
(3)以海平面作為高度計算的起點(H=0),在海平面處,溫度To=15 ℃,壓強Po=101325.6 Pa,密度ρ=1.225kg/m3。
(4)在高度11000m以下(對流層),氣溫隨高度成線性變化,高度每升高1 m,氣溫下降0.0065 ℃。即
T=To-0.0065H,其中
T為大氣對應高度上的溫度,H為高度,單位m。
(5)在高度H=11000~24000 m(平流層),氣溫保持不變,此時 T=-56.5℃。
再次,溫度感測器
飛機上使用的溫度感測器,主要是雙金屬片(自動調溫器)、熱電敏和熱電偶。
雙金屬片作為一種通/斷的測量,把溫度變化轉化為機械位移。它包含兩種金屬片,金屬片的熱膨脹係數不同,透過鉚接或焊接的方式連線在一起(見下圖)。
受熱時,兩個金屬片的膨脹差異使得元件彎向一側,低於標稱溫度時,則彎向另一側。膨脹係數高的金屬片在受熱時處於彎曲的外側,受冷時則處於彎曲的內測。
這種器件可用於測量外部的空氣溫度,該感測器的感測部分穿過風擋玻璃,伸到外部的空氣中。
最後,經過溫度感測器測量出飛機所處位置的溫度,由大氣溫度和高度的關係,即可計算出飛機所在的高度。計算由安裝與飛機上的計算機完成,然後把高度顯示在駕駛艙面板。
要知道測量飛機飛行高度的原理,首先要理解的幾個知識點:
地球大氣層的構成;
國際標準大氣;
感測器原理。
首先,地球大氣層的構成
在地球內部,由地面起,向上的高度不同,氣流的溫度、壓力、密度以及氣象條件是變化的。根據這些氣流引數和氣象條件按照高度由低到高的變化規律,把大氣層分為了五個部分:
對流層,平流層,中間層,熱層和散逸層。
為了更好地理解,這裡再介紹關於大氣的物理引數和理想狀態方程。
衡量大氣物理性質的的幾個引數:溫度、壓強(壓力)、密度、音速、黏性和壓縮性。
把空間中的氣流分成一層一層的來看,由於氣體分子的熱運動,相鄰氣流層之間存在分子的動量交換,從而改變了相鄰氣流層之間的氣流速度。這個現象就是氣流的黏性,可以理解為相鄰氣流層之間的內摩擦。
壓縮性即指氣流的體積或密度隨壓強或溫度而改變的性質。
氣體的密度、壓強、和溫度之間的聯絡,可用理想狀態方程表示,即 P=ρRT.其中
P-壓強
ρ-密度
R-氣體常數
T-溫度
其次,國際標準大氣
由於,大氣的物理引數(密度、壓強、溫度等)隨著地理位置、距離地面的高度和季節等因素的不同而改變。因此,飛機上的空氣動力和飛行效能也隨之變化。例如,同一架飛機在不同地點飛行,其飛行效能是不一樣的;就算同一架飛機在同一地點飛行,由於季節或時間的不同,其飛行效能也會不同;不同的飛機自然表現出不同的結果。因此,為了便於比較飛機的飛行效能,國際航空界協議,人為規定了大氣溫度、密度和壓強等隨高度的變化關係,這就是國際標準大氣。該規定以地球中緯度地區大氣引數的平均值作為標準。
具體規定為:
(1)空氣被看做是完全氣體;
(2)大氣的相對溫度為零;
(3)以海平面作為高度計算的起點(H=0),在海平面處,溫度To=15 ℃,壓強Po=101325.6 Pa,密度ρ=1.225kg/m3。
(4)在高度11000m以下(對流層),氣溫隨高度成線性變化,高度每升高1 m,氣溫下降0.0065 ℃。即
T=To-0.0065H,其中
T為大氣對應高度上的溫度,H為高度,單位m。
(5)在高度H=11000~24000 m(平流層),氣溫保持不變,此時 T=-56.5℃。
再次,溫度感測器
飛機上使用的溫度感測器,主要是雙金屬片(自動調溫器)、熱電敏和熱電偶。
雙金屬片作為一種通/斷的測量,把溫度變化轉化為機械位移。它包含兩種金屬片,金屬片的熱膨脹係數不同,透過鉚接或焊接的方式連線在一起(見下圖)。
受熱時,兩個金屬片的膨脹差異使得元件彎向一側,低於標稱溫度時,則彎向另一側。膨脹係數高的金屬片在受熱時處於彎曲的外側,受冷時則處於彎曲的內測。
這種器件可用於測量外部的空氣溫度,該感測器的感測部分穿過風擋玻璃,伸到外部的空氣中。
最後,經過溫度感測器測量出飛機所處位置的溫度,由大氣溫度和高度的關係,即可計算出飛機所在的高度。計算由安裝與飛機上的計算機完成,然後把高度顯示在駕駛艙面板。