浅析“空速”的几种表述方法？

浅析“空速”的几种表述方法？

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网易

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https://www.163.com/dy/article/J1DR9AF905503O4L.html

今天带大家浅析“空速”的几种表述方法。

空速是指飞行器相对于空气的速度，单位是KM/H或NM/H，是计算航空器空气动力的重要参数，也是飞行器航程推算的重要依据，因而也是航空器飞行的一个必备参数。

根据测量、计算、校准等方式方法上的差异，空速可分为指示空速、校准空速、当量空速、真实空速等几种。

各种空速的测量则既有传统的基于流体力学的方法，也有现代基于多普勒频移的方法，当然GPS，惯导系统也都可以获得空速的数据。

注释：多普勒频移 Doppler shift,又称多普勒频移又称多普勒效应,它是指在物体运动时,由于物体引起的波动传播出去时具有频率的变化造成的现象。

1. 指示空速

首先讲的是指示空速(Indicated Air Speed），又称表速, 它是根据测量得到的动压，并按海平面标准大气条件下（760毫米水银柱，气温零上15度）空速与动压的关系而表示的速度值，其缩写形式为(IAS)，用符号Vi表示。

实际上，空速的测量原理并不复杂，通常来说，我们通过带有加热功能的空速管（也叫皮托管）测得外界“全压”，再通过静压源测得外界“静压”，当然很多空速管同时具有测量全压静压的功能。这时候我们可以获得“动压=全压-静压”。

动压和速度的关系如下图（注：低马赫数的情况），手写的比较清楚：

其中ρ为大气密度，V为飞行速度（真空速）

注释：

还有一个概念叫“冲压”，冲压和动压的关系：当空速较低时，通常认为M<0.3，空气不可压缩，大气密度不随空速变化而变化，此时冲压等于动压；当空速较大时，M>0.3，空气可压缩，大气密度随空速变化而变化，此时冲压不等于动压。

当计算气动力时，我们通常使用动压；但空速测量，我们需要覆盖低速不可压缩流和高速可压缩流，因此在高马赫数时候需要使用冲压。

2. 校准空速

校准空速（Calibrated Air Speed），是指示空速经过修正安装误差、仪表指示误差后，在空速表上显示的空速，其缩写形式为(CAS)，用符号Vc表示.

现代飞机上电子式空速指示系统会修正静压误差，显示的速度即为校正空速，通常表示为 KCAS或者 CAS。

关于静压源的修正，这里说一下，静压孔测量的是它所在处的静压，这个压力受迎角、速度、襟缝翼、起落架等因素的影响，需要经过修正，得到未受扰动的远场处的静压值，这个过程被称为静压源误差修正（SSEC）。这个环节也是空速修正的主要因素。

它对飞机的操纵性能和飞行安全有着重要的意义。同时，它还是飞机自动驾驶仪、导航系统、飞行管理系统、飞行记录系统、中央告警系统等必需的重要输入。

所以有一种试飞，是专门为空速校准而实施的，可见“校准空速”概念的基础性有多么强。

3. 当量空速

当量空速（Equivalent Air Speed）,是校正空速数据经过具体高度的绝热压缩性修正后的空速值，其缩写形式为（EAS），用符号VE表示。这种情况通常发生在在高速、高海拔的条件下， 需要修正由于空气可压缩性产生的误差 。

4. 真实空速

真空速是指飞机事实上在空气中移动的速度。

为了从校正空速得到真空速，我们要做高度和密度两部分修正：首先通过高度修正，那么我们获得当量空速；其次再通过对当量空速进行密度修正，这样就能获得真空速。

由上，我们可以看出几者关系：当航行在海平面，且在国际标准大气条件（15°C，1013 hPa，湿度0%）下所得的校准空速和当量空速及真实空速（true airspeed，TAS）相同，若当时无风，此速度也是地面速度（ground speed，GS）。在其他条件下，校准空速可能会和真空速或地面速度不同。

接下来我们通过上述粗略总结一下这几种空速的关系：

结语：

1. 对于空速的各种修正和计算，在理论上都是有具体的计算公式，教材里有详细的列出，由于在推文中各种数学符号编辑不便，不再列出。

2. 对于大部分的小飞机和老一些的飞机，空速指示都是机械设备；对于现代飞机，空速指示都是电子式的，通过大气数据计算机设备提供的电信号显示空速。大气数据计算机系统会修正之前讨论的静压源测不准问题，使用修正后的静压再进行空速计算，然后发送电信号用于空速显示。

3. 马赫数的概念：马赫数=气流速度/音速，如果气流速度即飞机速度时，马赫数则代表飞机速度与因素的比值。声音在空气中的传播速度为340米/秒。1马赫大约相当于340.3米/秒，大约等于1225公里/小时。

注意：由于空气的可压缩性，在万米高空， 音速只有1080千米／小时。

4. 由于全球定位系统及其他先进导航系统的使用，飞行员可以直接读取地面速度（往往也是真实空速）。