飞行器仪表原理：空速表和升降速度表的工作机制

飞行器仪表原理：空速表和升降速度表的工作机制

飞行器仪表是确保飞行安全和效率的关键设备，其中空速表和升降速度表更是飞行员不可或缺的重要工具。本文将深入浅出地介绍这两种仪表的工作原理，帮助读者理解飞行器如何通过这些精密仪器感知周围环境，实现安全飞行。

空速管和空速表

空速管，也被称为皮托管、总压管、风向标气流方向传感器或流向角感应器，是一种用于测量飞机相对于大气速度的精密设备。它通过与精密电位计（或同步机或解析器）连接，提供表示相对于大气数据桁架纵轴的空气流方向的电信号。

空速管测量飞机速度的基本原理是利用动压和静压的差异。当飞机向前飞行时，气流会冲进空速管，在管子末端的感应器会感受到气流的冲击力量，即动压。飞机飞得越快，动压就越大。通过比较静止时的静压和飞行时的动压，就可以计算出飞机的速度。

现代空速管的设计更为复杂，除了正前方的开孔外，还在管的四周开有很多小孔，并通过另一根管子通到空速表内来测量静止大气压力（静压）。空速表内的膜盒变形大小由膜盒外的静压与膜盒内的动压之差决定。这种设计不仅能够测量空速，还可以将测得的静压用作高度表的计算参数。

空速管的安装位置至关重要，必须选择在飞机外部气流较少受到飞机影响的区域，通常位于机头正前方、垂尾或翼尖前方。为了确保测量的准确性，一架飞机通常会安装2副以上的空速管。例如，美国隐身战斗机F-117在机头最前方安装了4根全向大气数据探管，不仅可以测量动压和静压，还能测量飞机的侧滑角和迎角。

值得注意的是，空速管测量出来的速度是相对于大气的速度（空速），而不是相对于地面的速度（地速）。如果有风，飞机相对地面的速度（地速）还需要考虑风速的影响。此外，由于动压与大气密度相关，相同的相对气流速度在不同高度的大气密度下，动压会有所不同，因此空速表需要进行相应的修正。现代空速表通常会有两根指针，一根指示未经修正的“表速”，另一根指示经过修正的“实速”。

升降速度表

升降速度表，又称为垂直速度表，用于测量飞机上升和下降的垂直速度，即飞机的高度变化率。其工作原理是在飞行高度测量装置中增加一个微分装置或一个压力延迟部件。分立式升降速度表常采用后者。

升降速度测量装置的外壳密封，内部有一个开口膜盒。膜盒内腔通过一个粗的传压管与空气静压相通，而膜盒外部（即仪表内腔）则通过一根毛细管也与空气静压相连。当飞机上升或下降时，膜盒内腔压力会随高度变化而变化，但由于毛细管的阻滞作用，膜盒外部的气压变化较为缓慢，从而产生压力差。高度变化越剧烈，膜盒所承受的压力差越大，经传动机构带动的指针转角也越大。

具体来说，当飞机上升时，高空气压减小，膜盒内腔压力低于外部，膜盒将收缩，经传动机构带动指针向上偏转相应角度，指示上升速率。当飞机下降时，情况正好相反，膜盒会膨胀，指针向下偏转，指示下降速率。而当飞机平飞时，毛细管前后压力平衡，膜盒内外压力相等，指针平指，指示升降率为零。