民航客機靜壓源誤差的影響因素

尚金龍 張旭 吳正茂

摘要

飛機靜壓值的測量精度直接影響飛行高度、速度等重要飛行參數的計算。靜壓源誤差是飛機設計、ADC計算機研制和飛行試驗面臨的重大課題之一。本分闡述了影響靜壓值測量精度的因素：位置誤差、飛機側滑、馬赫數、迎角以及飛機構型，并對應對策略做了分析，為進一步減小靜壓源誤差問題的研究提供了一些思路。

【關鍵詞】位置誤差 側滑 靜壓源誤差 空速管

1 靜壓源誤差不可忽視

民航客機都要求在一定的高度和馬赫數下飛行，因此，在整個飛行過程中，實時精確地確定飛機的飛行高度和馬赫數等大氣數據，對于飛行安全具有重要意義。飛機機頭附近的空速管是測量飛機所在高度全壓和靜壓的傳感器，而飛機實時需要的高度、馬赫數、升降速度、速度等重要數據就是由空速管測得的全壓和靜壓，再經過ADC計算得出。這些數據還是飛行控制、發(fā)動機推力計算等重要系統(tǒng)的計算參數，所以能否精準的測量飛機所在高度來流的靜壓和全壓至關重要，飛行試驗表明，空速管感知的全壓可以滿足使用要求，感知的靜壓卻不行。飛機靜壓孔測量得到的靜壓和飛機外部來流的靜壓之間的差值，就稱為靜壓源誤差。某型飛機當Ma在1附近時，氣壓高度誤差是650米，靜壓源誤差影響不可忽視。

2 “位置誤差”及應對策略

在飛行過程中，由于飛機機體本身，起落架收放，襟翼位置的改變等諸多因素會在機體周圍產生一個“擾流場”，這個“擾流場”中大氣的靜壓和飛機所在高度真實的靜壓是有差值的，空速管需要探測更為準確的飛機所在高度的靜壓值。需要指出，如圖1所示，在亞音速飛行時，擾流場對真實靜壓的測量影響比較大，在超音速飛行時，擾流場對空速管周圍的空氣擾動可以忽略。可以想象，長度越長的空速管可以遠離擾流場，測得的靜壓越接近真實靜壓值。但長度長的管子剛度較差，滿足不了飛行要求，且長的管子也影響飛行員視野。擾流場是真實存在的，是變化的也是不可避免的，空速管在擾流場中的位置不同，導致靜壓源誤差也是不一樣的，我們把空速管受擾流場干擾產生的靜壓源誤差叫做“位置誤差”。擾流場的真實存在使靜壓源的“位置誤差”也不可避免。為使靜壓值得數值滿足飛行要求，必須對位置誤差進行補償，常用的方法是氣動補償。

為減小亞音速飛行條件下機體等各部件產生的擾流對空速管的影響，補償空速管位置誤差可以對空速管的外形做處理，設計和不同飛機機型相匹配的曲線外型，并在型面上選擇和機型相匹配的的靜壓孔的位置，選擇合適的靜壓孔的位置，利用此位置處產生的負壓值，可以大大抵消由于氣流受到機體部件阻礙在此處產生的正壓值。

現代的飛機的空速管安裝在機頭附近，且空速管的對稱軸線與飛機的縱軸平行，機頭周圍受干擾的氣流擾動最小，有利于測量數值準確的靜壓值。

補償靜壓源位置誤差最重要的方法是在空速管進行測量時，在條件一定的狀態(tài)下對所測的壓力進行補償，要做到這一點則需要確定靜壓隨飛機的飛行狀態(tài)的變化規(guī)律。

3 飛機側滑及應對策略

在飛行過程中，飛機遇到陣風的干擾，尤其是低高度飛機起飛和進近過程中，容易產生側滑現象，發(fā)生側滑時飛機左右兩邊的大氣靜壓不相等，左邊區(qū)域的靜壓值大于右邊區(qū)域的靜壓值。這時，飛機左坐和右坐的氣壓高度和升降速度等氣壓數據會相差很大，在超過一定范圍，飛機警告系統(tǒng)會出發(fā)警告來警示駕駛員?，F代飛機一般有三個靜壓孔，在這種情況下，可以打開連通開關，把左右兩個靜壓管路連通，取左右靜壓管路靜壓的平均值，這時駕駛艙警告聲會消失，且這時左坐和右坐氣壓數據基本保持相等。

對于側滑產生的靜壓源誤差還可以采用ADC計算的方法進行補償，具體方法是通過試飛或者風洞實驗，測出靜壓源誤差與側滑角的關系曲線，然后編入程序存儲到計算機，當ADC接收到此程序時，便會進行補償計算，消除一定側滑角帶來的靜壓源誤差，解算出真實的大氣靜壓。

4 靜壓源誤差影響因素之馬赫數和迎角

在亞音速飛行時，馬赫數對靜壓源的誤差影響較大，隨馬赫數的增加逐漸增大，在接近音速的時候，誤差值急劇增加，在超音速時，機體包括各部件對氣流的擾動不能向前傳播，在機頭空速管后部的機身各部件對靜壓的探測不產生影響，此時，機頭空速管便沒有位置誤差。這時候的位置誤差取決于空速管本身對超音速大氣氣流產生擾流的影響。

在亞音速飛行時，飛機的靜壓源誤差隨著迎角的增大而增大（在最大迎角范圍內飛行），在超音速飛行時，飛機的靜壓源誤差隨迎角的變化基本不受影響，可以忽略不計。

這兩種因素產生的靜壓源誤差的補償方法可以采用ADC計算的方法，經過風洞試驗或者試飛試驗，測出靜壓源誤差與馬赫數和迎角的關系曲線，編程存儲到計算機，利用ADC的計算功能校正誤差靜壓。

為了表征迎角對靜壓源誤差的影響，可以取飛機機身同一位置，不同迎角下的誤差作為統(tǒng)計樣本。為了表征馬赫數對靜壓源誤差的影響，可以取飛機同一位置，不同馬赫數下的誤差作為另外一組統(tǒng)計樣本。分別計算兩種情況下的方差，就可以反映出迎角和馬赫數對靜壓源誤差的影響規(guī)律，為ADC計算補償靜壓源誤差提供有力支持。

5 其他效應

飛機擾流板，襟翼縫翼位置，起落架收放，地面效應也是影響靜壓值測量的重要因素。飛機的擾流板有兩種收起和放下兩種形態(tài)，襟翼角度有0度、10度、20度、30度四種形態(tài)，起落架有收起和放下兩種形態(tài)。根據這些形態(tài)可以構成16種飛機形態(tài)，可以不難確定試飛時飛機的形態(tài)條件。理論上可以得出在16種不同飛機構型下，每一種形態(tài)下產生的靜壓源誤差修正量，再軟件編程加入到ADC，可以完成對這些因素產生的靜壓值修正。

6 結束語

補償空速管誤差的方法有空氣動力補償和ADC計算補償，在空速管安裝位置確定的情況下采用氣動補償，通過改變空速管的曲線外形，并與飛機機型相匹配，設計靜壓孔最佳開口位置進行補償。ADC補償則需要經過試驗得知馬赫數、側滑角、迎角和飛機構型對靜壓值的影響規(guī)律，進行有針對性地補償。

參考文獻

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