控制系统元件之PPT课件.ppt

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1、2.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：空速与马赫数测量：空速与马赫数测量：A.空速传感器空速传感器：p概念：概念：空速（空速（Air Speed）：指飞机相对于空气的运动速度。）：指飞机相对于空气的运动速度。测量飞机的空速并输出相应电信号的仪表称为空速传感器或空速管。测量飞机的空速并输出相应电信号的仪表称为空速传感器或空速管。空速管也成为空速管也成为皮托管皮托管或或总压管总压管，是飞机上非常重要的参数测量仪表。，是飞机上非常重要的参数测量仪表。空速管测量到的速度并非飞机相对于地面的飞行速度，而是相对于空气的飞行速空速管测量到的速度并非飞机相对于地面的飞行速度，而是相对于空气的飞行速度

2、度。飞机上的空速仪表具有两根指针，一根指示飞机上的空速仪表具有两根指针，一根指示“表速表速”，另一根指示，另一根指示“空速空速”。7/10/202522.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：空速与马赫数测量：空速与马赫数测量：A.空速传感器空速传感器：p作用：作用：可用于判断飞机的空气动力情况；可用于判断飞机的空气动力情况；还可根据空速、风速、风向来计算地速，再由地速和距离来计算飞行时间。还可根据空速、风速、风向来计算地速，再由地速和距离来计算飞行时间。p理论基础：理论基础：空速管的工作是基于流体连续方程和伯努利定律的，是通过测量相对气流的压力空速管的工作是基于流体连续方程和伯努利定

3、律的，是通过测量相对气流的压力来间接测量飞行速度。来间接测量飞行速度。7/10/202532.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：空速与马赫数测量：空速与马赫数测量：A.空速传感器空速传感器：p工作原理：工作原理：空速仪表由空速管、开口膜盒、放大传动机构、表盘等组成。它应该安装空速仪表由空速管、开口膜盒、放大传动机构、表盘等组成。它应该安装在飞机上受气流扰动比较小的位置。其工作原理为：空速管感受气流产生的在飞机上受气流扰动比较小的位置。其工作原理为：空速管感受气流产生的总压总压和和静压静压，总压接到膜盒内部，静压接到膜盒外部，膜盒内外压力差即为，总压接到膜盒内部，静压接到膜盒外部，膜盒

4、内外压力差即为动压动压。当动压变化时，膜盒产生形变位移，带动传动机构运动，从而改变指。当动压变化时，膜盒产生形变位移，带动传动机构运动，从而改变指针的位置。针的位置。7/10/202542.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：空速与马赫数测量：空速与马赫数测量：B.马赫数传感器马赫数传感器：p概念：概念：马赫数是飞行速度与飞机所在高度的声音速度的比值。马赫数是飞行速度与飞机所在高度的声音速度的比值。当飞机速度过快时，由于当飞机速度过快时，由于空气压缩空气压缩及及激波激波的出现，空速管已经无法真实反映飞机的出现，空速管已经无法真实反映飞机的真实空速，必须借助马赫数传感器来测量空速的真实空

5、速，必须借助马赫数传感器来测量空速Ma。马赫数传感的结构的原理与空速传感器基本接近，但内部元件和结构存在差异。马赫数传感的结构的原理与空速传感器基本接近，但内部元件和结构存在差异。7/10/202552.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：迎角和侧滑角测量：迎角和侧滑角测量：p概念：概念：迎角是迎角是飞机机翼弦线与迎面气流飞机机翼弦线与迎面气流的夹角，迎角的大小与飞机的的夹角，迎角的大小与飞机的升力和阻力升力和阻力密切相密切相关，所以对该角度的测量十分重要。关，所以对该角度的测量十分重要。侧滑角是侧滑角是飞机速度矢量与飞机对称平面间飞机速度矢量与飞机对称平面间的夹角。的夹角。7/10/

6、202562.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：迎角和侧滑角测量：迎角和侧滑角测量：p概念：概念：实际情况下，在飞机上对真实迎角进行测量是非常困难的。实际情况下，在飞机上对真实迎角进行测量是非常困难的。原因原因：由于飞机外形结构的影响，飞机机身周围的气流流场与理想流场存在较大：由于飞机外形结构的影响，飞机机身周围的气流流场与理想流场存在较大差别（层流差别（层流/紊流），带来了较大干扰，实际测量误差较大；实际测量到的夹角紊流），带来了较大干扰，实际测量误差较大；实际测量到的夹角是迎角传感器与周围某状态气流的夹角，且波动较大。是迎角传感器与周围某状态气流的夹角，且波动较大。解决办法解决办

7、法：当飞机迎角改变时，机翼上下表面的压力将发生变化，上下的压力差：当飞机迎角改变时，机翼上下表面的压力将发生变化，上下的压力差与迎角存在一定关系，可利用此关系获得迎角的大小。与迎角存在一定关系，可利用此关系获得迎角的大小。7/10/202572.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：迎角和侧滑角测量：迎角和侧滑角测量：p分类：分类：A.风标式迎角（侧滑角）传感器；风标式迎角（侧滑角）传感器；B.压差管式迎角（侧滑角）传感器；压差管式迎角（侧滑角）传感器；C.探头式迎角（侧滑角）传感器。探头式迎角（侧滑角）传感器。7/10/202582.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：迎角和侧

8、滑角测量：迎角和侧滑角测量：A.风标式迎角（侧滑角）传感器风标式迎角（侧滑角）传感器：B.组成组成：翼形叶片（风标）、传动机构、电位计；：翼形叶片（风标）、传动机构、电位计；C.工作原理工作原理：当正对气流方向时，迎角：当正对气流方向时，迎角0，叶片，叶片D.没有偏转；当存在某个偏角没有偏转；当存在某个偏角a时，则传动机构也时，则传动机构也E.带动电位计连接端杆也偏转带动电位计连接端杆也偏转a角度，即测出了迎角的大小。当改变电位计连接角度，即测出了迎角的大小。当改变电位计连接杆杆F.的长度，则改变该杆在电位计的运动角位移，从而改变了放大增益，为：的长度，则改变该杆在电位计的运动角位移，从而改变

9、了放大增益，为：G.V VG Ga aH.辅助改进措施辅助改进措施：I.增加阻尼装置，使叶片运动更加稳定；增加阻尼装置，使叶片运动更加稳定；I.II.增加加热除冰装置，防止叶片表面结冰。增加加热除冰装置，防止叶片表面结冰。精度精度：0.10.2。若将叶片改为对称形式，并安装在机体坐标轴系若将叶片改为对称形式，并安装在机体坐标轴系Oxz平面上，则可测量侧滑角。平面上，则可测量侧滑角。7/10/202592.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：迎角和侧滑角测量：迎角和侧滑角测量：B.压差管式迎角（侧滑角）传感器压差管式迎角（侧滑角）传感器：组成组成：压差管、开口膜盒式压力传感器；：压差管、

10、开口膜盒式压力传感器；工作原理工作原理：当正对气流方向时，迎角当正对气流方向时，迎角0，p1=p2，膜盒无形变，电位计在中位，膜盒无形变，电位计在中位，输出为输出为0；当存在某个偏角；当存在某个偏角a时，时，p1p2，膜盒内外存在压差，产生形变，则电位，膜盒内外存在压差，产生形变，则电位计产生对应位移，输出对应电压。计产生对应位移，输出对应电压。精度精度：0.1。改进措施改进措施：如在压差管前方在开一个总压孔，侧方再开两个静压孔，则可用于测：如在压差管前方在开一个总压孔，侧方再开两个静压孔，则可用于测量侧滑角。量侧滑角。7/10/2025102.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：迎角

11、和侧滑角测量：迎角和侧滑角测量：B.零压差式迎角（侧滑角）传感器零压差式迎角（侧滑角）传感器：组成组成：敏感探头、变换传动部分（气道、气室和桨叶）、输出部分和温控部分；：敏感探头、变换传动部分（气道、气室和桨叶）、输出部分和温控部分；工作原理工作原理：将其按探头轴线平行与机体坐标轴系将其按探头轴线平行与机体坐标轴系Y轴安装。当迎角为轴安装。当迎角为0时，两排测时，两排测压孔均正对气流方向，压差为压孔均正对气流方向，压差为0，探头内上下腔无压差，桨叶便无转动，电位计，探头内上下腔无压差，桨叶便无转动，电位计输出为输出为0；当迎角不为；当迎角不为0时，上下测压孔产生压差，该压差带动桨叶旋转，直到重

12、时，上下测压孔产生压差，该压差带动桨叶旋转，直到重新平衡为止，此时电位计输出对应角度的比例电信号。新平衡为止，此时电位计输出对应角度的比例电信号。精度精度：0.1。改进措施改进措施：当将其按探头轴线平行于机体坐标轴：当将其按探头轴线平行于机体坐标轴X轴安装时，便可测量侧滑角。轴安装时，便可测量侧滑角。7/10/2025112.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：大气数据计算机：大气数据计算机：通过前面的讨论，可知利用总压、静压等大气参数便可对高度、空速、通过前面的讨论，可知利用总压、静压等大气参数便可对高度、空速、迎角迎角和侧滑角等飞行参数进行测量。在传统式飞机仪表系统中，存在多种仪表

13、和侧滑角等飞行参数进行测量。在传统式飞机仪表系统中，存在多种仪表，它们它们需要多套皮托（总压）静压测量系统来对大气参数进行测量，这就造成了需要多套皮托（总压）静压测量系统来对大气参数进行测量，这就造成了测量测量系统结构相当复杂；在现代飞行仪表系统中，则采用单套皮托静压系统系统结构相当复杂；在现代飞行仪表系统中，则采用单套皮托静压系统（余度（余度设计时为多套）对大气参数进行测量，由大气数据计算机进行计算出各个飞设计时为多套）对大气参数进行测量，由大气数据计算机进行计算出各个飞行参行参数。数。7/10/2025122.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：大气数据计算机：大气数据计算机：1

14、分类：分类：A.模拟式大气数据计算机；模拟式大气数据计算机；B.数字式大气数据计算机；数字式大气数据计算机；C.混合式大气数据计算机。混合式大气数据计算机。7/10/2025132.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：大气数据计算机：大气数据计算机：A.模拟式大气数据计算机模拟式大气数据计算机：B.组成组成：压力传感器、总温传感器、迎角传感器和伺服解算机构；：压力传感器、总温传感器、迎角传感器和伺服解算机构；C.各部分功能各部分功能：D.伺服式伺服式静压静压传感器可直接输出传感器可直接输出高度高度和和高度的变化率高度的变化率；伺服式；伺服式动压动压传感器传感器可直可直E.接输出接输出

15、空速空速，再通过伺服解算装置可计算得到，再通过伺服解算装置可计算得到Ma数数和和大气密度大气密度。F.迎角传感器可输出迎角传感器可输出局部迎角信号局部迎角信号，经，经Ma数数修正后可得到修正后可得到真实迎角真实迎角，真实，真实迎迎G.角信号又可去修正角信号又可去修正静压静压。7/10/2025142.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：大气数据计算机：大气数据计算机：B.数字式大气数据计算机数字式大气数据计算机：C.组成组成：传感器、输入接口、：传感器、输入接口、CPU、输出接口、自检与故障监测系统（、输出接口、自检与故障监测系统（BIT）。）。D.各部分功能及对象各部分功能及对象：E

16、传感器分为传感器分为总静压传感器总静压传感器、总温传感器总温传感器和和迎角传感器迎角传感器，功能为测量大气参数；，功能为测量大气参数；F.输入接口：将各种类型的信号调理为计算机可识别的数字信号；输入接口：将各种类型的信号调理为计算机可识别的数字信号；G.CPU：完成程序指令执行和计算任务；：完成程序指令执行和计算任务；H.输出接口：将输出接口：将CPU计算的数字信号结果转换为某种格式的输出信号，供仪表计算的数字信号结果转换为某种格式的输出信号，供仪表及控及控I.制系统使用；制系统使用；J.自检与故障监测系统：自检指在运行过程中不断检测计算机运行是否正常；自检与故障监测系统：自检指在运行过程中

17、不断检测计算机运行是否正常；故障故障K.监测则对数据计算机系统的各个部分的故障进行判断和处理。监测则对数据计算机系统的各个部分的故障进行判断和处理。7/10/2025152.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：大气数据计算机：大气数据计算机：B.数字式大气数据计算机数字式大气数据计算机：C.参数计算原理参数计算原理：D.I.升降速度升降速度Vz计算：计算：标准气压高度标准气压高度曲线斜率曲线斜率静压变化率静压变化率7/10/2025162.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：大气数据计算机：大气数据计算机：B.数字式大气数据计算机数字式大气数据计算机：C.参数计算原理参数计算原

18、理：D.II.马赫数马赫数Ma及马赫数变化率计算：及马赫数变化率计算：7/10/2025172.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：大气数据计算机：大气数据计算机：B.数字式大气数据计算机数字式大气数据计算机：C.参数计算原理参数计算原理：D.III.真实空速真实空速Vt计算原理：计算原理：E.真实空速真实空速Vt是马赫数是马赫数Ma和总温和总温Tt的函数，即：的函数，即：7/10/2025182.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：大气数据计算机：大气数据计算机：B.数字式大气数据计算机数字式大气数据计算机：C.参数计算原理参数计算原理：D.IV.大气静温计算原理：大气静温计

19、算原理：E.大气静温大气静温Ts是大气总温是大气总温Tt和马赫数和马赫数Ma的函数，即：的函数，即：7/10/2025192.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：大气数据计算机：大气数据计算机：B.数字式大气数据计算机数字式大气数据计算机：C.参数计算原理参数计算原理：D.V.大气总温计算原理：大气总温计算原理：E.大气总温由大气总温传感器测量得到，并经过测温电路和大气总温由大气总温传感器测量得到，并经过测温电路和A/D处理后转换为计处理后转换为计算算F.机可识别的数字量。机可识别的数字量。7/10/2025202.空气动力学参量的测量：空气动力学参量的测量：大气数据计算机：大气数据计算机：B.数字式大气数据计算机数字式大气数据计算机：C.参数计算原理参数计算原理：D.VI.大气密度计算原理：大气密度计算原理：E.大气密度是大气静压和大气静温的函数，即：大气密度是大气静压和大气静温的函数，即：7/10/202521