第六章飞行仪表Word格式文档下载.docx

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这些圆盘随着静压源中的大气压力变化而伸长或者收缩。

机械连杆把这些变化转变为指示计上的指针运动。

如图6-2

工作原理

压力高度计是一个无液气压表，它测量高度计所处高度的大气压力，以英尺为单位显示高度指示。

高度计使用静压作为它的工作源。

空气在海平面比在高处密度大，因此随着高度增加，大气压力降低。

不同高度的这个压力差异使高度计指示出高度的变化。

不同类型的高度计上高度的表现方式有相当的不同。

一些高度计有一个指针，而其他的有两个或者更多。

本手册只讨论一种多指针型高度计。

典型高度计的表盘按照顺时针方向被刻上从0到9的数字。

无液气压计元件的运动通过齿轮被传递到指示高度的三个指针。

最短的指针指示几万英尺高度；

中等长度的指针指示几千英尺高度；

而最长的指针指示几百英尺高度。

然而，只有在这些情况下指示的高度才是正确的：

当海平面大气压力为标准的（29.92英寸汞柱），海平面静止空气温度是标准的（15摄氏度或者59华氏度），而且压力和温度以标准速率随高度的升高而降低。

非标准条件下的调节是通过设定纠正压力位于高度计盘面上大气压力刻度范围内来完成的。

只有在高度计设定后，它才会指示正确的高度。

非标准压力和温度的影响

如果不提供调节高度计到非标准压力的方法，那么飞行就会危险。

例如，如果从高压区域飞到低压区域而不调节高度计，飞机的实际高度将会低于指示高度。

有句很久的俗话：

从高处飞到低处的时候，要向外看看下面；

正是记住这种状况是危险的。

当从低压区域飞到高压区域而不调节高度计时，飞机的实际高度会高于指示高度。

图6-3也显示了温度的变化如何影响高度计的。

在暖天，一定质量的空气膨胀到比冷天更大的体积，增加了空气压力。

例如，高度计指示5000英尺的压力高度在暖天比标准条件下的高度高。

在冷天则相反，指示5000英尺压力高度的位置比标准条件下低。

为补偿非标准压力的调节不会补偿非标准温度。

如果地形或障碍物间隙是选择巡航高度的一个因素，特别在较高高度时，记住可以预料比标准温度更冷会让飞机飞在低于高度计指示的高度。

因此，必须使用一个较高的指示高度来提供足够的离地高度。

修改刚才的速记规则为“从高到低或者从热到冷，向外朝下看。

”

设定高度计

大多数高度计都安装了一个大气压力设定窗（有时指Kollsman窗，Kollsman是一家生产航空电子设备的公司，网址http:

//www/.K），它作为调节高度计的手段。

在仪表的底部位置有一个用于这个调节的旋钮。

为大气压力变化而调节高度计，高度计设定窗口中的压力数值是以英寸汞柱或毫巴为单位，压力数值要调节到匹配给定的高度计设定。

高度计设定定义为气象站压力减去海平面压力。

但是，高度计设定只在报告气象站附近才准确。

因此，高度计必须随着飞行进程从一个气象站调节到另一个气象站。

很多飞行员很有自信的希望当前高度计设定能够补偿所有高度上大气压力的无规律变化，但这不总是正确的。

地面站附近的高度计设定广播是修正到平均海平面的气象站压力。

它不能解决高飞行高度时气压的不规则性，特别是非标准温度的影响。

然而，如果一个给定区域的每个飞行员使用相同的高度计设定，那么每个高度计应该受温度和压力变化误差的影响是相同的，在飞机之间维持预期的垂直间隔成为可能。

当飞过高的山地地形时，特定的大气状况可能导致高度计指示比实际高度高出1000英尺的高度，或者更多。

由于这个原因，应该允许有较大的高度余量，不仅是因为可能的高度计误差，而且也因为和高原风有关的强烈向下气流。

为说明高度计设定系统的使用，假设从德克萨斯州的达拉斯LoveField机场（机场代码DAL）经过MineralWells飞行到德克萨斯州的AbileneMunicipal机场（代码ABI）。

在从LoveField机场起飞前，飞行员从控制塔台或者自动终端信息服务（ATIS）收到当前高度计设定为29.85，然后在高度计设定窗口中设定这个值。

然后高度计指示应该会和已知的机场高度487英尺相差不大。

因为大多数高度计没有经过很好的校正，所以会有点误差。

当飞经MineralWells时，假设飞行员收到当前高度计设定为29.94，然后在高度计窗口中设定这个数值。

在进入AbileneMunicipal机场的起落航线之前，从Abilene控制塔台收到一个新的高度计设定29.69，然后在窗口中设定这个数值。

如果飞行员预期飞行的起落航线大约在地面以上800英尺高度，且Abilene的地面海拔是1791英尺，那么应该维持飞行在2600英尺的指示高度上（1791英尺+800英尺=2591英尺，四舍五入为2600英尺）。

正确设定高度计的重要性也不能被过分的强调。

假设飞行员在Abilene没有调节高度计到当前设定，而继续使用MineralWells的设定29.94。

当以指示高度2600英尺进入Abilene起落航线时，飞机将在正确的起落航线高度以下大约250英尺的高度。

在着陆时，高度计会指示比地面海拔高出250英尺。

高度计设定29.94

当前高度计设定29.69

差值0.25

因为1英寸压力大约相当于1000英尺高度变化，0.25*1000英尺=250英尺。

当确定是否加上或者减去高度计误差数值时，记住：

当实际压力低于高度计中设定的压力时，飞机的实际高度会低于高度计的指示高度。

高度计的运行

高度计的指针可以通过两种方法来移动。

第一种是气压的变化，而另一种是调节大气压力刻度。

当飞机爬升或者下降时，高度计容器中的压力变化使无液气压计膨胀或者收缩。

这个运动经过机械连杆被传递为旋转指针。

压力的降低导致高度计指示高度的增加，压力增加导致高度计指示高度降低。

从而，如果飞机从28.75英寸汞柱的压力高度飞到29.75英寸汞柱的压力高度，高度计将会显示高度大约降低了1000英尺。

移动指针的另一个方法不依赖于空气压力的变化，而是高度计的机械结构。

不要被这样一个事实混淆，即随着大气压力刻度的移动，指示指针以相同方向运动，它和气压改变时指针具有的反作用相反。

为说明这点，假设飞行员着陆在一个海拔1000英尺的机场，高度计正确的设定到当前海平面压力30.00英寸汞柱。

当飞机停放在斜坡上时，压力降低到29.50。

高度计”认为”这是在爬升，现在指示在1500英尺。

回到飞机上来，如果高度计窗口中的设定降低到当前海平面压力29.50，指示高度也会降回到1000英尺。

知道飞机的高度对飞行员是至关重要的。

飞行员必须确保飞机飞行在足够的高度，以避开最高的地形或者沿预期航线的障碍物。

当能见度受限时，拥有准确的高度信息特别重要。

为避开障碍物，飞行员必须随时了解飞机的高度和周围地形的海拔高度。

为降低半空碰撞的可能性，根据空中交通规则来维持高度是必须的。

高度类型

高度是参考点或参考平面之上的垂直距离。

根据测量的参考平面的不同有多种类型的高度，每一种都可以用于特定的目的。

和飞行员相关的主要有五种类型的高度：

指示高度：

当高度计设定为当前高度计设定时直接从表（未校正的）上读出的高度。

真实高度：

飞机距离海平面的垂直距离，即实际高度。

它通常表示为平均海平面之上的英尺数。

机场，地表，和障碍物的高度在航图上是真实高度。

绝对高度：

飞机在地表之上的垂直距离，或者距离地面（AGL）的垂直距离。

压力高度：

当高度计设定窗口（大气压力数值）调节到29.92时的指示高度。

这是标准数据平面之上的高度，它是一个气压（被校正到15摄氏度）等于29.92英寸汞柱的理论平面。

压力高度用于计算密度高度，真实高度，真实空速和其他性能数据。

密度高度：

这个高度是为标准温度的变化而校正的压力高度。

当处于标准条件时，压力高度和密度高度相同。

如果温度高于标准条件，密度高度高于压力高度。

如果温度低于标准条件，密度高度低于压力高度。

这是一个重要的高度，因为它直接和飞机性能有关。

作为一个例子，考虑一个机场其地面的距离平均海平面高度为5048英尺，标准温度为5摄氏度。

在这些条件下，压力高度和密度高度相同-5048英尺。

如果温度改变为30摄氏度，密度高度就增加到7855英尺。

这就意味着飞机在起飞时将表现的好像场地高度是标准温度下7855英尺。

相反地，-25摄氏度的温度将使密度高度变为1232英尺。

飞机在这种条件下将有好得多的性能。

仪表检查

为确定高度计的状况，把大气压力数值设定为本地自动式飞行服务站（AFSS）或任何其他可信来源传来的高度计设定。

高度计指针应该指示机场的测量海拔。

如果指示高度和测量海拔偏差大于75英尺，这个仪表就应该交付认证的仪表维修站来校正。

垂直速度指示器

垂直速度指示器（VSI）有时也称为垂直速率指示器（VVI），它显示飞机是否爬升，下降或者水平飞行。

爬升或者下降速率以每分钟英尺为单位显示。

如果经过正确的校正，垂直速度指示器在水平飞行时将显示读数为0。

如图6-4

尽管垂直速度指示器单独的以静压工作，它是个不一样的压力仪表。

它包含一个通过连杆和齿轮连接到密封盒子里指示器指针的隔膜。

隔膜的内部直接连接到皮托静压系统的静压管。

在仪表盒子里面的隔膜外部区域也连接到静压管，但是是通过一个受限制的孔（校正的漏气口）。

隔膜和盒子都从静压管以现有大气压力接受空气。

当飞机在地面或者水平飞行时，隔膜和仪表盒子内部的压力仍然相同，指针位于0位置。

当飞机爬升或者下降时，隔膜内部的压力立即改变，但是由于受限制通道的测量动作，短时间内盒子压力仍然较高或者较低，导致隔膜收缩或者膨胀。

这产生了压力差，表现在仪表指针上就是指示为爬升或者下降。

当压力差稳定在一定速率后，指针指示了高度变化的速度。

垂直速度指示计能够显示两类不同的信息：

及时显示飞机爬升或者下降速度增加或者降低的趋势信息。

速率信息显示稳定的高度变化速度。

例如，如果维持在稳定的500英尺每分钟（fpm）爬升，且机头慢慢放低，那么垂直速度指示器就会立即测量到这个变化，显示爬升速率的降低。

这个最初的表现称为趋势。

经过很短时间后，垂直速度指示器指针稳定在新的爬升率，在这里例子中，是低于500fpm的某个爬升率。

从爬升率的最初变化时间知道垂直速度指示器显示一个准确的新的爬升率，这段时间称为延迟（或者叫间隔）。

不熟练的控制技术和紊流会延长间隔时间，导致无规律的和不稳定的速率指示。

一些飞机装配了一个瞬时垂直速度指示器（IVSI），它结合加速计来补偿典型垂直速度指示器中的延迟。

如图6-5

为确保正确的运行，起飞前要确认垂直速度指示器指示在0位置。

起飞后，它应该指示一个正的爬升率。

[译者注：

起飞前指针在0位置处是为了确保校准，而起飞后的正的爬升率指示基本确定仪表的正常工作。

]

空速指示器

空速指示器是一个灵敏的差压表，它迅速的测量和显示皮托或冲压和静压之间的差值，这个静压是水平飞行时未受扰动的大气压力。

当飞机停放在地面上静止空气中时这两个压力会相等。

当飞机在空气中移动时，皮托管上的压力变得大于静压管中的压力。

这个压力差别被空速指针表示在仪表盘面上，它以英里每小时（mph），节（knots，每小时1海里，大约1.85公里每小时）或者这两者为刻度单位。

如图6-6

飞行员应该理解下列速度：

指示空速（IAS）-从空速指示器上获得的直接仪表读数，没有根据大气密度变化，安装误差或者仪表误差而校正。

制造商使用这个空速作为确定飞机性能的基准。

在飞机飞行手册或者飞行员操作手册中列出的起飞，着陆和失速速度都是指示空速，一般不随高度或者温度而变化。

标定空速（CAS）-校正安装误差和仪表误差之后的指示空速。

尽管制造商努力保持空速误差最小，消除空速运行范围内的所有误差是不可能的。

在某一空速和某一襟翼设定下，安装和仪表误差可能有好几节。

这个误差通常在低空速时最大。

在巡航和较高空速范围内，指示空速和标定空速近似相同。

请参考空速校正图来纠正可能的空速误差。

真实空速（TAS）-按照高度和非标准温度修正后的标定空速。

因为空气密度随高度增加而降低，飞机在较高的高度上必须飞得更快才能在皮托冲压和静压之间产生相同的压力差。

因此，对于一个给定的标定空速，真实空速随高度增加而增加；

或者对于一个给定的真实空速，标定空速随高度增加而降低。

飞行员可以用两种方法获得真实空速。

最准确的方法是使用飞行计算器。

对于这个方法，标定速度是通过使用计算器上的空速修正数值根据温度和压力变化来修正的。

也可以使用非常准确的电子飞行计算器。

只需要输入标定空速（CAS），压力高度，和温度，计算机就会计算真实空速。

第二个方法是“拇指规则”，可以提供近似的真实空速。

每1000英尺高度只要增加2%到标定空速即可。

地面速度（GS）-飞机相对于地面的实际速度。

它是因为风而调整过的真实空速（译者注：

风修正的真实空速，这个速度考虑地面作为速度参照物）。

地面速度随迎风而减小，顺风时增加。

空速指示器标记

重量不超过12500磅，1945年以后制造，且被FAA认证的飞机，要求其空速指示器按照标准彩色编码标记系统来印标。

这个彩色编码标记系统使得飞行员看一眼就知道对飞机安全飞行很重要的空速限制。

例如，如果执行机动期间，可以注意到空速指针处于黄色弧线内，快速的接近红色线，要立即反应来降低空速。

如图6-7所示，单发动机小飞机上的空速指示器包含下列标准彩色编码标记：

白色弧线

-这个弧线通常指的是襟翼运行范围，它的下限表示完全襟翼失速速度，上限表示最大襟翼速度。

进近和着陆通常飞行在白色弧线速度范围内。

白色弧线的下限（Vs0）

-着陆配置中的失速速度或者最小稳定飞行速度。

在小飞机上，这是着陆配置（起落架和襟翼都放下）中最大着陆重量下的停车失速速度。

白色弧线的上限（Vfe）

-襟翼伸出时的最大速度

绿色弧线

-这是飞机的正常运行速度范围。

大多数飞行处于这个速度范围内。

绿色弧线的下限（Vs1）

-特定配置下获得的失速速度或者最小稳定飞行速度。

对于大多数飞机，这是最大起飞重量下低阻配置（cleanconfiguration,起落架收起，如果襟翼可伸缩，襟翼也收起）的停车失速速度。

绿色弧线上限（Vno）

-最大结构巡航速度（译者注：

超过这个速度可能引起飞机部分结构应力过载）。

除非在稳定空气中，不要超过这个速度。

黄色弧线

-警告范围。

在这个速度范围内只能在稳定空气中飞行，只提供告警。

红线（Vne）

-永不超过的速度。

禁止在这个速度以上运行，因为它可能导致损坏或者结构失效。

其他空速限制

一些重要的空速限制没有标记在空速指示器的表盘上，但是可以在标牌和飞机飞行手册或飞行员操作手册上找到。

这些空速包括：

·

设计机动速度（Va）

-这是乱流速度和突然操纵的最大速度。

如果在飞行期间，遭遇乱流或者严重的紊流，要降低空速到机动速度或者以下来最小化飞机结构上的应力。

考虑重量的时候参考这个速度很重要。

例如，当飞机有较重的载荷时Va可能是100节，但是载荷轻的时候就只有90节。

起落架操作速度（Vlo）

-如果飞机装配了可收放起落架的话，这个速度就是伸出或者收缩起落架的最大空速。

起落架伸出速度（Vle）

-飞机在起落架伸出后可安全飞行的最大空速。

最好爬升角速度（Vx）

-飞机能够在给定的距离内获得最大高度的空速。

这个速度在短场（short-field）起飞飞越障碍物时使用。

最好爬升率速度（Vy）

-飞机以这个空速能够在给定时间内获得最大高度。

最小控制速度（Vmc）

-这是轻型双发飞机在一个发动机突然不起作用的时候可以良好地控制的空速，而另一个发动机是起飞功率。

单发失效时的最好爬升率速度（Vyse）

-在轻型双发飞机有一个发动机失效时，在给定时间内能够获得最大高度的空速。

起飞前，空速指示仪读数应该为0.但是，如果有直接吹向皮托管的风，空速指示仪的读数可能比0大。

当开始起飞时，确认空速以适当的速度在增加。

皮托-静压系统的堵塞

误差几乎总是表明皮托管，静压口或者两者的堵塞。

堵塞可能是由于潮湿（包括冰冻），灰尘，或者甚至是昆虫。

飞行前，确认皮托管盖子已经拿掉。

然后，检查皮托管和静压管的开口。

堵塞的皮托管只影响空速指示仪的精确度。

然而，静压系统的堵塞不仅空速指示仪，还会导致高度计和垂直速度指示仪的错误。

堵塞的皮托系统

如果皮托管的排出孔仍然打开的话，皮托系统可以变得完全堵塞或者只部分堵塞。

如果皮托管变得堵塞，而它的相关排出孔仍然干净，冲压空气就不再能进入皮托管系统了。

已经在系统内的空气会通过排出孔排出，剩余压力会下降到外部空气压力。

在这种情况下，空速指示仪读数降低为零，因为空速指示仪检测不到冲压空气和静压空气之间的压力差别。

空速指示仪的行为就好像飞机稳定的停在停机坪（ramp）上。

空速的明显损失通常不是瞬时的。

相反，空速会向零下降。

如图6-8

飞行中，如果皮托管，排出孔和静压系统都被堵塞，由于截留的压力使空速的变化不会被显示出来。

然而，如果静压系统还干净，空速指示仪就像高度计。

在皮托管和排出孔都堵塞的高度之上，随着高度增加，冲压空气压力相对静压力就会发生明显增加。

这个压力差导致空速指示仪显示空速的增加。

当飞机降低到低于皮托管堵塞时的高度，就会发生指示空速下降。

如图6-9

在飞过可见湿气期间，皮托管可能堵塞。

一些飞机可能会装配皮托管加热器用于在可见湿气内的飞行。

请参考飞机飞行手册或者飞行员操作手册来了解详细的皮托管加热程序。

堵塞的静压系统

如果静压系统堵塞，但是皮托管仍然干净，空速指示仪会继续运行；

然而，它是不准确的。

当飞机运行在静压口堵塞时的高度之上，空速指示比实际速度慢，因为截留的静压比那个高度的正常压力高。

当运行在较低高度时，指示空速比实际速度快，因为系统中截留了相对低的静压力。

静压系统的堵塞也会影响高度计和垂直速度指示仪。

截留静压里导致高度计固定在堵塞发生时的高度。

对于垂直速度指示仪，堵塞的静压系统产生一个持续的零指示读数。

如图6-10

陀螺飞行仪表

有几个飞行仪表利用了陀螺仪的特性来运行。

包含陀螺仪的最常见仪表是转弯协调仪，航向指示仪，和姿态指示仪。

为理解这些系统如何运行，需要仪表动力系统，陀螺的原理和每个仪表的工作原理知识。

陀螺原理

任何旋转的物体都表现出陀螺的特性。

利用这个特性设计和安装的轮子或者转子称为陀螺仪。

仪表陀螺的两个重要设计特性是其尺寸上的大重量，或者说密度大，和高速旋转时的低摩擦力。

有两种通用类型的装配结构；

使用哪种类型取决于利用了陀螺仪的哪个特性。

自由安装的陀螺仪能够自由的绕它的重心以任意方向旋转。

这样一个轮子被称为有3个自由度平面。

轮子或者转子在任何一个支架相关的平面内自由旋转，陀螺轮子在静止时也是平衡的，它会保持在被放置的位置。

受限的或者半刚性安装的陀螺仪是那些一个自由面被固定在相关支架上的结构。

陀螺效应有两个基本的特性：

空间内的刚度和进动。

空间内的刚度

空间内的刚度是指陀螺仪保持在它所旋转平面内的固定位置这个原理。

通过把这个轮子或者陀螺仪安装在一组万象环上，陀螺仪能够在任何方向自由旋转。

因此，如果万象环是倾斜的，螺旋的，或者是移动的，陀螺仪还是会保持在它最初所旋转的平面内。

如图6-11

进动

进动是陀螺对偏转力的反应形成的的倾斜或者旋转。

对这个力的反作用不是发生在它所施加的那个点上；

而是发生在旋转方向90度以后的点上。

这个原理使陀螺能够通过检测方向变化产生的压力大小来确定旋转的速度。

陀螺进动的速度和旋转速度成反比，和偏转力大小成正比。

进动在一些仪表上也会产生较小的误差。

如图6-12

动力源

在某些飞机上，所有陀螺仪是真空的，压力的或者是电力运作的；

而其他飞机，真空系统和压力系统为航向指示仪和姿态指示仪提供动力，而电力系统为转弯协调仪提供动力。

大多数飞机至少有两个动力源来确保一个动力源失效时至少有一个倾斜信息源。

真空或者压力系统通过吸入一个高速气流来冲击转子环来高速旋转转子这个方法来旋转陀螺，很像水车或者涡轮机的运行。

仪表运行所需的真空或者压力大小是变化的，但是通常位于4.5-5.5英寸汞柱范围内。

陀螺仪的真空源之一就是安装在发动机附件箱上的环形发动机驱动泵。

不同飞机的泵容量不同，取决于陀螺仪的多少。

典型的真空系统由发动机驱动的真空泵，减压阀，空气过滤器，量表和完成连接必要的管子组成。

量表安装在飞机的仪表面板内，指示系统内压力的大小（真空是用低于周围环境的英寸汞柱度量的）。

如图6-13所示，空气被发动机驱动的真空泵抽进真空系统。

首先经过一个过滤器，它能防止外边的东西进入真空或压力系统。

空气然后经过姿态指示仪和航向指示仪，这里它使陀螺仪旋转。

减压阀是防止真空压力或者抽气机超过指定的限制。

之后，空气被排出系统或者用在其他系统内，例如用于使充满空气的防冰罩膨胀。

飞行期间监视真空压力很重要，因为吸气压力低的时候姿态指示仪和航向指示仪可能不能提供可靠的信息。

真空，吸气或量表通常被标记来指示正常范围。

一些飞机装配了告警灯，当真空压力下降到预期水平的时候就发亮。

转弯指示仪

飞机使用两种转弯指示仪-转弯侧滑指示仪以及转弯协调仪。

因为陀螺仪安装的方式，转弯侧滑指示仪只以度每秒指示转弯的速度。

由于转弯协调仪上的陀螺仪以一个角度安装，或者说是倾斜的，开始它可以显示侧滚速度。

一旦侧滚稳定后，它就指示转弯的速度。

两个仪表都显示转弯方向和质量（转弯协调性），也可以用作姿态指示仪失效时倾斜信息的备用来源。

协调性是通过使用倾角计获得的，它由充满液体的弯管组成，其中有一个小球。

如图