起伏飞行在航空重力测量的应用研究
航空重力梯度测量技术研究
航空重力梯度测量技术研究航空重力梯度测量作为二十世纪末发展起来的尖端技术,随着测量系统和处理解释方法的逐步完善,在固体矿产和油气资源勘查中发挥着日益重要的作用,并因其快速、高效和高空间分辨率等特点而备受青睐。
航空重力梯度测量技术是目前国际研究热点和难点,成熟的商业勘探技术为美国Lockheed Martin公司垄断,我国在该领域起步较晚,基础相对薄弱。
2006年开始,国家863计划开始支持航空重力梯度关键技术研究,经过十多年的努力,国内多个研究团队在多项关键技术上取得了重大突破,并在“十二五”期间实现了实验室静基座条件下重力梯度效应的测量,加快了该项技术的实用化进程。
本文围绕突破航空重力梯度测量系统研制关键技术及测量结果实际应用开展研究。
首先,系统调研了国外航空重力梯度测量技术研发历程、应用现状和研究动态,详细剖析了旋转加速度计航空重力梯度仪的测量原理和设计思想,梳理了关键技术难点及解决方案,跟踪了系统完善过程中的各项技术改进,为航空重力梯度测量系统自主研制和持续改进提供了参考和借鉴。
立足国内基础,制定了基于石英挠性加速度计部分重力梯度张量测量系统总体研制方案。
突破多项关键技术,研制完成的重力梯度仪用高分辨率加速度计样机分辨率优于1×10<sup>-8</sup>g,重力梯度敏感器实验室测量精度优于70E,重力梯度稳定平台满足载荷要求,性能指标通过飞行测试。
完成航空重力梯度测量系统集成、减震和温控方案设计,为“十三五”航空重力梯度测量系统飞行试验和实用化奠定了基础。
针对航空应用和在研航空重力梯度测量系统特点,优选Y-12飞机平台,开展了典型航空地球物理勘探条件下的飞机振动、姿态、气压、温度和湿度等环境状态参数测量及研究,详细分析了飞机底板振动的频率特征,揭示了振动信号的周期分布及振动周期与螺旋桨转速基频之间倍频关系的基本规律,总结了不同飞行状态下飞机侧滚、侧滑姿态角的变化特点及变化范围,分析了机舱内气压、温度和湿度随飞行过程的变化情况,为航空重力梯度测量系统量程、结构、减震、温控和气密设计及后续改进完善提供了参考和依据。
航空重力梯度测量的基本理论及应用
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张永明等:航空重力梯度测量的基本理论及应用
第 7 卷 第 6 期
重力本身更高的分辨率。
通过反变换标量位可表示为:
3 2-D 傅立叶变换和重力勘探 重力标量位是一个很关键的物理量,一旦确定
了重力标量位,所有的重力分量都可以由它导出。 下面介绍如何将测得的地球上方一定高度上大面积 的重力位的任意导数,通过 2-D 傅立叶变换的方式 转换成与其相对应的标量位。由标量位就可以直接 导出所有的重力分量和梯度张量分量。这在航空重 力梯度数据处理过程中特别是不同参考坐标系之间 梯度张量转换时有着重要的应用。在下面的推导过 程中,所有的量都是在高度为 的 x-y 平面内。标 量位 的 2-D 傅立叶变换为:
2006年12月 地 质 装 备
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航空重力梯度测量的基本理论及应用
张永明 张贵宾 盛 君
(中国地质大学地球物理与信息技术学院 北京 100083)
摘 要:文章由重力和重力梯度的基本理论出发,讨论了重力分量和重力梯度张量分量的 2-D 傅立叶变换 与重力位的傅立叶变换之间的关系。推导了航空重力梯度仪的测量原理,并对航空重力梯度测量的 应用做了简要的介绍。 关键词:重力梯度 2-D 傅立叶变换 航空重力梯度测量 原理 应用
图 4 南非某地区经地形改正后的 T Z Z 、T X Y 、T X Z 和 T Y Z ,
(2)寻找固体矿产资源以及水文和工程地质等 方面的应用。如澳大利亚 BHP 公司的 Falcon 航空 重力梯度测量系统已在澳大利亚开展了大面积的航 空重力测量,并发现了多处异常区域,图 5 为 Bell 公司使用 Air-FTG 在非洲某一地区的 Tzz 平面等 值线图,图中清晰地反映出 350m 的异常。
(1 6 )
航空重力测量技术及其运用探析
航空重力测量技术及其运用探析摘要:航空重力测量技术是一种新型的高科技技术,虽然还没有完全的成熟,但是已经被广大的国家所重视和应用,它的主要贡献是针对地球的地貌特征等对地球的各地域及各领域进行重力的测量,在许多发达国家和发展中国家的应用越来越广泛和活跃,继而成为地球的重力研究最热门的技术,对地球的重力领域做出了重大的贡献。
回顾航空重力测量技术的发展历程能够让我们看到航空重力测量技术在这个世界上呈现的与众不同的发展趋势。
关键词:航空重力;测量技术;运用;地球Abstract: the airborne gravity surveying technology is a new high-tech technology, although is not fully mature, but has been the paid great attention and application, it is the main contribution of for the landforms of the earth and the fields of regional gravity measurement, and in many developed countries and developing countries used more widely and active, and then become the gravity of the earth research the most popular technology, to the gravity of the earth field make significant contributions. Review the airborne gravity surveying technology development history can let us see the airborne gravity surveying technology in the world of the present different development trend.Keywords: airborne gravity; Measuring technology; Apply; The earth航空重力测量技术以其自身的优势在短时期内一跃成为地球重力领域所重视的佼佼者,我们看到了航空重力测量技术在地球的应用,也看到了这个领域的光明的前景,那么航空重力测量技术是怎么来的呢?下文就讲述了航空重力测量技术的概念、航空重力测量技术的不同的方法及原理、航空重力测量技术的广泛应用以及列举了航空重力测量技术在北极和南极地区的应用分析。
航空重力梯度仪原理
航空重力梯度仪原理航空重力梯度仪是一种用于测量地球重力场变化的仪器。
它可以通过测量重力场的微小变化来获取地下的地质结构和地下水资源等信息。
本文将介绍航空重力梯度仪的原理。
航空重力梯度仪的工作原理基于物体的重力作用力。
重力是由地球质量吸引物体而形成的,它是地球引力场的体现。
当飞机携带了重力梯度仪飞行时,该仪器可以测量飞机所在位置的重力场梯度。
航空重力梯度仪的原理基于以下几个关键概念:一、重力梯度重力梯度是指物体在某一点上的重力随距离的变化率。
在地球表面上,重力通常是均匀的,但在不同地点上由于地下地质结构的不同,会导致地表上的重力场存在微小的变化,即重力梯度。
重力梯度的变化可以提供有关地下地质构造和密度变化的信息。
二、测量原理航空重力梯度仪通过测量重力梯度来获取地下的地质结构信息。
它采用了差分测量的方法,即在仪器中设置了两个或多个重力传感器,并在其间测量重力差异。
通过测量重力传感器之间的微小重力变化,可以获得重力梯度的信息。
三、测量误差和校正在实际测量过程中,航空重力梯度仪还会受到一些误差的影响,如飞机的运动、大气影响和仪器本身的漂移等。
针对这些误差,需要进行相应的校正和补偿。
飞机的运动误差可以通过GPS定位系统和惯性导航系统进行校正。
通过精确的飞行轨迹数据,可以消除因飞机姿态变化和运动幅度而引起的重力测量误差。
大气影响通常会导致重力变化,因为大气压力和温度的变化会影响到重力的测量。
航空重力梯度仪通常会安装气压计和温度计等仪器,以对大气影响进行校正。
仪器本身的漂移误差可以通过稳定的仪器设计和定期校准进行补偿。
定期的校准可以通过参考测点进行,以确保测量的准确性和可靠性。
总之,航空重力梯度仪是一种通过测量重力梯度来获取地下地质结构信息的仪器。
其工作原理基于测量重力梯度的变化,在测量过程中需要进行误差校正和补偿。
通过航空重力梯度仪的应用,可以为地质勘探、地下水资源调查和地震研究等领域提供重要的数据支持。
探讨飞机重量与重心测量技术的应用与发展
科学技术创新2019.23探讨飞机重量与重心测量技术的应用与发展张安(航空工业西飞,陕西西安710089)在实际飞机维修和使用前后,均需要开展测量操作,当重量重心超限之后,将会对其重量飞行产生严重影响。
截止到目前,飞机重量重心测量主要涉及到的内容有千斤顶等等,其应用范围极为广泛。
随着现代飞机技术的不断更新,高安全、高精度等要求也被有效的呈现出来,使得该项技术的整合十分重要。
1飞机测量系统的方式和原理1.1飞机测量系统的方式在具体飞机测量系统应用过程中,主要是借助于飞机起落架或者是支撑飞机的千斤顶受力情况,实现对飞机的有效称重,进而实现对飞机重心的全面确定。
平台式由于其系统支撑操作的不同性,可以分成地中衡式、双引桥移动式等等。
截止到目前,平台式测量系统已经实现了广泛应用,很多国外大型公司也会对该类产品进行生产,如GEC 公司和rivier 公司等等。
1.2飞机测量系统的原理在平台式测量系统应用过程中,每个机轮或者是千斤顶会开展独立的秤体测量操作,这也是轮重测量的一种形式。
在普通平台秤结构应用过程中,主要以4只传感器或者是多只传感器进行浮动支撑,该种支撑结构的设计一般以钢球或者是球窝形式进行,打造成一种“不倒翁”式结构,而且该两种结构均是以滚动摩擦形式为主线。
在飞机转移到秤台之前,机轮和地面的摩擦系数均会大于上述两种结构的滚动摩擦系数,而且在起落架的约束之下,需要在秤台上进行释放操作,避免整个平台和传感器之间出现位移问题,进而对测量精度产生影响。
所以说,在整个传感器传力结构打造上,应该以平移式结构为主线,只有这样,方可对飞机的测量需求进行全面满足。
如果飞机在秤台上的姿态调整存在问题,很容易导致秤台传感器支撑点出现位移情况,此时整个系统的测量准度将会进一步下降。
2飞机重量及重心测量系统应用情况2.1千斤顶测量千斤顶法在测量工作中十分常用,具体工作原理如下:在测量工作开展之前,操作人员可以将飞机停放在平坦地面之中,将风力、磁场等干扰因素排除。
航空重力梯度测量的基本理论及应用
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张永明等:航空重力梯度测量的基本理论及应用
第 7 卷 第 6 期
重力本身更高的分辨率。
通过反变换标量位可表示为:
3 2-D 傅立叶变换和重力勘探 重力标量位是一个很关键的物理量,一旦确定
了重力标量位,所有的重力分量都可以由它导出。 下面介绍如何将测得的地球上方一定高度上大面积 的重力位的任意导数,通过 2-D 傅立叶变换的方式 转换成与其相对应的标量位。由标量位就可以直接 导出所有的重力分量和梯度张量分量。这在航空重 力梯度数据处理过程中特别是不同参考坐标系之间 梯度张量转换时有着重要的应用。在下面的推导过 程中,所有的量都是在高度为 的 x-y 平面内。标 量位 的 2-D 傅立叶变换为:
1 引言 1890年匈牙利物理学家厄否发明了用扭称进行
重力梯度测量,在随后的三四十年里,许多国家用 扭称进行油气和矿产资源的勘探,发现了许多油气 田和固体矿。直到 20 世纪 50 年代,随着重力仪精 度的提高,扭称完全被重力仪取代。上世纪70年代, 出于对导航和导弹发射的需要,美国军方投入数十 亿美元研制开发了动态环境下重力梯度测量技术。 随着冷战的结束,美国军方将这项技术部分解密, 转为民用。目前,航空重力梯度测量已广泛应用于 军事、大地测量和地球物理勘探等领域。本文首先 介绍了重力梯度测量的基本理论,然后讨论了航空 重力梯度测量的原理及应用。
式中,G为万有引力常数, 为 处 物质的密度。在笛卡儿坐标系中重力和重力梯度很 容易由重力位推算出来。重力为重力位 的一阶 导数,即:
(2)
重力梯度是用来描述重力分量随位置的变化, 重力梯度为重力位 的二阶导数,即:
(3)
图 1 重力场矢量及重力梯度张量分量示意图
在球坐标系中,对质量为 M 的均质球体,其密 度仅为半径的函数,有:
飞机飞行载荷实测技术分析
飞机飞行载荷实测技术分析
现代飞机已经成为人们生活中必不可少的交通工具之一,而在飞机的设计和制造过程中,对于飞行载荷实测技术的应用是必不可少的。
这项技术可以直接获得飞行中所受到的
载荷参数,为飞机的设计和改进提供了非常重要的数据支持。
飞机在空气动力学支持下进行运动,其运动状态受到外界环境的干扰会产生各种不同
的载荷,如风荷载、地面荷载、气动加载、结构振动等。
因此,飞行载荷的实测是指在飞
行过程中对于飞机所受载荷的测量和记录分析。
在实测过程中,需要采用高精度的测量设
备以及科学合理的实验方案,精确地获得各种载荷参数,并对其进行分析和解释。
在飞行载荷实测技术的应用过程中,需要采用一系列的测量设备以及实验方案。
通常
情况下,实验设备包括加速度传感器、力传感器、变形传感器、应变片等。
这些设备可以
测量飞机所受到的风荷载、地面荷载、气动负载、结构振动等各种载荷,实测数据经过处
理和分析后,可以为飞机的结构设计和优化提供重要的数据支持。
同时,在飞行载荷实测技术的应用过程中,也需要科学合理的实验方案。
这些方案应
该能够模拟真实的飞行环境,其实验结果能够反映出飞机的真实工作状态。
在实验方案中,需要考虑到飞行时所处的高度、速度、飞机姿态等因素,以及飞行器的控制系统等参数。
航空重力测量技术原理
航空重力测量技术原理航空重力测量技术是一种用于测量地球重力场的高精度技术。
它利用飞机或卫星等航空器在不同高度飞行时所受到的重力加速度的微小变化来推断地球重力场的分布情况。
航空重力测量技术的原理主要包括以下几个方面。
航空重力测量技术利用航空器在不同高度飞行时所受到的重力加速度的微小变化来推断地球重力场的分布。
根据万有引力定律,物体间的引力与它们的质量和距离的平方成正比。
在地球表面上,由于地球的不规则形状和地下的地质构造等因素的影响,地球的重力场并不均匀。
因此,当航空器在不同高度飞行时,它所受到的重力加速度也会发生微小的变化。
通过测量这些微小的重力加速度变化,可以推断地球重力场的分布情况。
航空重力测量技术利用精密的重力仪器对航空器所受到的重力加速度进行测量。
重力仪器通常由重力测量仪和惯性导航系统等组成。
重力测量仪是一种精密的仪器,可以测量出航空器所受到的重力加速度的大小和方向。
而惯性导航系统则可以测量出航空器的位置和速度等信息。
通过将重力测量仪和惯性导航系统的测量结果结合起来,就可以得到航空器所受到的重力加速度的精确数值。
航空重力测量技术利用数学模型来分析和推断地球重力场的分布。
通过将测量得到的重力加速度数据与地球的形状和地下的地质构造等信息进行比对和分析,可以建立起地球重力场的数学模型。
这个模型可以用来推断地球各个地区的重力加速度的数值和分布情况。
通过分析这些数据,可以对地球的重力场进行进一步的研究和理解。
总的来说,航空重力测量技术是一种利用航空器在不同高度飞行时所受到的重力加速度的微小变化来推断地球重力场的分布情况的高精度技术。
它通过精密的重力测量仪器和惯性导航系统的测量,以及数学模型的分析,可以得到地球重力场的精确数值和分布情况。
通过航空重力测量技术,我们可以更加深入地了解地球的内部结构和地质构造,对地球科学的研究和应用有着重要的意义。
重力加速度的测定和应用
重力加速度的测定和应用重力是地球对物体产生的吸引力,而重力加速度指的是物体在自由下落过程中的加速度。
测定重力加速度的值对于科学研究和工程应用有重要的意义。
本文将介绍重力加速度的测定方法以及其在实际应用中的一些例子。
一、重力加速度的测定方法1. 引力加速度实验法引力加速度实验法是一种常用的测定重力加速度的方法。
实验中,可以利用自由下落物体的运动特点来测定重力加速度的值。
实验过程中需要准备一个垂直下落的通道,通过控制下落物体的运动时间和下落的距离,可以计算得到重力加速度的数值。
2. 弹簧天平法弹簧天平法也是一种测定重力加速度的方法。
实验中,将一个弹簧与一定质量的物体挂在上面,测得物体在弹簧天平上的重力和弹簧的伸长量,通过一定的公式可以计算出重力加速度的数值。
3. 平衡臂测量法平衡臂测量法是利用重力和其他力之间的平衡关系来测定重力加速度。
通过调整臂长和势能差的大小,可以使得力的平衡达到。
通过测量这些参数,可以计算得到重力加速度的数值。
二、重力加速度的应用1. 物理研究重力加速度是物理研究中的基础参数。
它对于研究物体的运动、力学性质等方面有重要的影响。
在物理实验中,测定重力加速度的值可以帮助科学家们更加准确地进行实验设计和数据分析。
2. 工程设计重力加速度是许多工程设计中必须考虑的因素之一。
例如,建筑物的结构设计需要考虑地心引力对建筑物的影响,特别是在高层建筑中。
还有一些机械设备的设计也需要考虑到重力加速度,以确保设备能够正常运行和稳定工作。
3. 航天航空在航天航空领域,重力加速度对于飞行器的轨道计算和导航系统的设计有重要的影响。
精确测定重力加速度的值可以帮助科学家们预测天体的运动,为宇航员的出航提供更精确的参数数据。
4. 地质勘察在地质勘察中,测定重力加速度的值可以帮助科学家们了解地壳的构造和密度分布情况。
通过重力测量,可以揭示地下深处的地质构造,对于矿产资源的调查和地质灾害的预测具有重要意义。
总结:重力加速度的测定和应用对于科研和实际应用具有重要的意义。
飞机飞行载荷实测技术分析
飞机飞行载荷实测技术分析随着航空工业的不断发展,飞机的飞行载荷实测技术也在不断提升,以确保飞机在飞行过程中的安全性和稳定性。
飞机的飞行载荷实测技术是指在飞行过程中对飞机所受到的各种力和压力进行实时监测和测量的技术手段,通过这些数据可以对飞机的结构和性能进行评估和分析,从而为飞机设计和改进提供重要依据。
本文将对飞机飞行载荷实测技术进行分析,包括技术原理、应用领域和发展趋势等方面。
一、技术原理飞机飞行载荷实测技术的实现主要基于传感器和数据采集技术。
传感器是实现对飞机载荷监测的关键设备,它能够将力、压力、振动等物理量转化为电信号,再通过数据采集系统进行采集和处理。
常见的飞行载荷传感器包括压力传感器、力传感器、加速度传感器等,这些传感器被安装在飞机的不同部位,以实现对载荷的全方位监测。
数据采集系统则是将传感器采集到的信号进行处理和存储,并通过数据总线传输给飞行控制系统和地面站,用于飞机飞行状态的监测和分析。
在飞机飞行过程中,传感器通过对飞机所受到的各种载荷进行实时监测,包括气动载荷(气动力、气动矩)、结构载荷(结构应力、振动)等。
这些数据可以反映飞机在飞行过程中所受到的各种外部和内部力的情况,为评估飞机结构的强度和稳定性提供了重要依据。
利用传感器监测的数据还可以进行飞行状态的实时调整,以确保飞机在各种飞行环境下都能够保持安全和稳定。
二、应用领域三、发展趋势随着航空工业的不断发展,飞机飞行载荷实测技术也在不断迭代和创新,具有以下几个主要的发展趋势。
1. 多元化传感器技术:随着传感器技术的不断进步,飞机飞行载荷实测技术将向着多元化发展,不仅包括力、压力、振动等常见物理量的监测,还将涉及到温度、湿度、电磁等多方面的监测,以全方位实现对飞机载荷的实时监测。
2. 大数据与人工智能应用:随着大数据和人工智能技术的飞速发展,飞机飞行载荷实测技术将向着智能化发展,更加依赖大数据和人工智能技术进行数据的处理和分析,实现对飞机结构和性能的高效评估。
飞行器在重力场中的轨迹与动力学
飞行器在重力场中的轨迹与动力学飞行器的运动轨迹及动力学是航空工程中重要的研究领域之一。
在地球上,飞行器要克服地球的重力及其他空气动力学问题,以实现安全、平稳和高效的飞行。
本文将从飞行器运动学及动力学两个方面探讨飞行器在重力场中的轨迹与运动特性。
飞行器的运动轨迹可以分为直线飞行和曲线飞行两大类。
直线飞行是指飞行器按照一条直线飞行,这种飞行适用于长距离的航空运输;曲线飞行则是飞行器按照一定的曲线路径进行飞行,如盘旋、螺旋等。
无论是直线飞行还是曲线飞行,飞行器的运动均受到重力的影响。
在直线飞行中,飞行器需要消耗一定的燃料,以克服重力的作用,保持稳定的水平飞行状态。
此时,重力是飞行器运动的主要阻力,飞行器通过推力产生的升力来克服重力的作用。
通过调节推力的大小,飞行器可以保持稳定的飞行高度。
这种情况下,飞行器的轨迹为一条直线,但其速度、高度和姿态可以根据航空器的设计和需要进行调整。
在曲线飞行中,飞行器需要克服不仅是重力,还有其他的动力学问题。
例如,在盘旋飞行中,飞行器需要通过加大升力,以克服地球的重力,并保持相对较小的速度,以保持飞行的平稳性。
在螺旋飞行中,飞行器还要考虑转向动力和向心力的作用,以保持曲线飞行的平稳性。
飞行器的动力学也是研究的重要领域之一。
动力学主要涉及飞行器的加速度、速度和力学特性。
在重力场中,飞行器的加速度主要受到推力和重力的作用。
推力越大,加速度越大,飞行器的速度增加;重力越大,加速度越小,飞行器的速度减小。
通过调节推力和重力的平衡,飞行器可以实现不同的飞行速度。
飞行器的速度与力学特性也与其设计和用途有关。
例如,民用飞机的速度一般较低,主要用于大范围的空中交通运输;而军用战斗机的速度较快,主要用于提供战斗支持和战术优势。
此外,飞行器的力学特性还涉及其机翼和舵面的设计,以及气动力学效应对飞行稳定性和操纵性的影响。
综上所述,飞行器在重力场中的轨迹与动力学是一个复杂而重要的研究领域。
飞行器的轨迹可以分为直线飞行和曲线飞行两大类,其运动受到重力的影响,通过调节推力和升力进行克服。
航空航天工程中的微重力环境研究与应用前景
航空航天工程中的微重力环境研究与应用前景引言航空航天工程的发展一直是人类技术进步的重要指标。
随着人类对太空探索的兴趣不断增长,微重力环境研究与应用也变得越来越重要。
本文将探讨微重力环境的定义、研究方法、相关应用以及前景展望。
一、微重力环境的定义与特点微重力环境是相对于地球重力而言的极低重力状态。
在地球上,微重力环境很难实现,因为地球的引力始终存在。
但在太空中,尤其是在轨道飞行器内部,可以实现近似于零重力的微重力环境。
在微重力环境中,物体的重力影响大大减小,从而产生许多有趣且独特的现象。
微重力环境的主要特点包括:零重力状态、流体行为的变化、人体生理和生物行为的改变等。
在零重力条件下,物体会失去重力对其的作用,导致其自由悬浮。
此外,流体在微重力环境下表现出其他于地球上不同的行为,如表面张力降低、液滴呈球形等。
人体在微重力条件下会经历多种适应和变化,包括肌肉萎缩、骨质流失等。
二、微重力环境研究方法1.太空实验室太空实验室是研究微重力环境最常用的工具。
例如,国际空间站(ISS)是一个具有长期居住条件的太空实验室,提供了一个持续的微重力环境,以进行各种科学实验。
在太空实验室中,科学家可以开展物理、化学、生物学等领域的研究,以解开微重力环境下的各种谜题。
2.模拟实验模拟实验是在地球上模拟微重力环境的方法。
科学家在地面上使用旋转式离心机和液体浮力平台等设备,通过产生离心力和减小重力加速度来模拟微重力环境,以进行各种研究。
虽然这些方法不能完全模拟真实的微重力环境,但它们提供了便利的研究平台,使科学家能够更深入地理解微重力现象。
三、微重力环境的应用领域1.物理学研究微重力环境为研究物质的物理性质提供了独特的实验条件。
在微重力环境中,物体受到的重力效应减小,从而使得许多物理现象更为明显。
例如,微重力环境可以用于研究流体行为、燃烧过程、磁性材料、粒子聚集等。
这些研究有助于揭示微重力环境下物理规律的特殊性质,推动物理学的发展。
重力加速度的测量与研究
重力加速度的测量与研究重力加速度是指物体在自由下落中获得的速度增量,也是地球引力对物体的作用力大小。
测量和研究重力加速度对于科学研究和工程应用具有重要意义。
一、重力加速度的测量方法重力加速度的测量方法众多,其中最常用的方法是利用简单的重锤垂直下落完成测量。
在实验中,我们可以采用傅科朗廷震荡器或光栅法等实验装置。
傅科朗廷震荡器是一种简单的实验装置,由长绳和一个金属重锤组成。
重锤振动的频率与其长度、质量以及当地的重力加速度有关系。
通过观察重锤的振动频率,可以计算出当地的重力加速度值。
光栅法是一种较为精确的实测方法,它利用光栅干涉和反射的原理来测量重力加速度。
通过将光栅固定在一个下落的载体上,通过测量光栅干涉条纹的位移来计算重力加速度值。
二、重力加速度的研究重力加速度的研究对于地球物理学和天文学的发展具有重要意义。
通过测量不同地理位置和海拔高度的重力加速度,可以了解地球内部的密度分布以及地壳的构造。
这些数据对于研究地球形成演化、板块运动和地震活动等现象非常重要。
此外,重力加速度的研究也对航空航天和工程应用具有重大影响。
比如,在火箭发射前需要精确测量重力加速度,以确保火箭的轨道和速度计算准确无误。
重力加速度研究还在测量海洋潮汐、地壳变形和地下水运动等方面具有应用价值。
三、重力加速度的变化因素重力加速度并非处处都保持不变,它会受到多种因素的影响而发生变化。
首先,地球的赤道和极地地区的重力加速度存在明显差异。
由于地球自转引起的离心力,赤道地区的重力加速度略小于极地地区。
其次,海拔高度也会影响重力加速度的测量结果。
海拔越高,离地球的中心越远,重力加速度会逐渐减小。
此外,地球的自转速度也会对重力加速度产生影响。
地球旋转速度的增加会导致重力加速度偏小,而速度减小则加大重力加速度的值。
四、重力加速度的应用测量和研究重力加速度在生活中也有一定的应用价值。
首先,在地震预警和监测方面,重力加速度的变化能够提供一些预警信号。
航空航天领域中的航天器重力环境仿真与测试技术研究
航空航天领域中的航天器重力环境仿真与测试技术研究航空航天领域一直以来都是科技领域的热门话题,而航天器的飞行环境则是研究的重点之一。
在航天器的设计与制造过程中,重力环境仿真与测试技术起到了关键的作用。
本文将探讨航空航天领域中的航天器重力环境仿真与测试技术研究,并深入分析其在航天器研发过程中的应用。
重力环境仿真技术是指通过模拟地球重力场,对航天器的运动和性能进行测试与验证的技术。
在研发航天器的过程中,重力环境仿真技术能够准确模拟地球重力场的作用,以及其他重力环境的模拟,如火星、月球等。
通过重力环境仿真技术,可以评估航天器在不同重力环境下的性能,为航天器的设计与制造提供可靠数据支持。
为了进行航天器的重力环境仿真与测试,科学家们采用了多种技术手段。
其中,最常见的是借助于液压伺服控制系统,通过调节液体的流量和压力,动态模拟重力场的效果。
通过这种技术手段,航天器在地球上就能够获得类似真实重力环境下的动力学和力学性能。
在航天器重力环境仿真与测试技术中,还有一个重要的内容是虚拟现实技术的应用。
虚拟现实技术能够通过计算机生成虚拟的重力环境场景,并利用现实感强的设备使人们身临其境地感受到仿真场景中的重力效应。
这种技术的应用使得航天器在没有实际进行飞行之前,就能够对其在不同重力环境下的性能进行全面评估与测试。
航天器重力环境仿真与测试技术的研究还涉及到航天器材料的性能测试。
在航天器的设计与制造过程中,材料的性能测试是不可或缺的一步。
重力环境仿真与测试技术能够通过模拟真实的重力环境,对航天器材料的物理和化学性能进行测试与评估。
通过这些测试数据,科学家们可以判断航天器材料在不同重力环境下的适应性,并进行材料的优化。
此外,航天器重力环境仿真与测试技术还与航天器的稳定性和导航系统的设计密切相关。
在航天器研发过程中,稳定性与导航系统的设计是至关重要的。
重力环境仿真与测试技术能够通过对航天器的运动和控制进行模拟,为稳定性与导航系统的设计提供可靠的数据支持。
航空重力测量技术及应用研究
㊀㊀第50卷㊀第2期测㊀绘㊀学㊀报V o l.50,N o.2㊀2021年2月A c t aG e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c a F e b r u a r y,2021引文格式:刘站科.航空重力测量技术及应用研究[J].测绘学报,2021,50(2):284.D O I:10.11947/j.A G C S.2021.20200513.L I U Z h a n k e.R e s e a r c h o n a i r b o r n e g r a v i t y s u r v e y t e c h n o l o g y a n d a p p l i c a t i o n[J].A c t aG e o d a e t i c a e t C a r t o g r a p h i c a S i n i c a,2021,50(2):284.D O I:10.11947/j.A G C S.2021.20200513.航空重力测量技术及应用研究刘站科自然资源部第一大地测量队,陕西西安710054R e s e a r c h o na i r b o r n e g r a v i t y s u r v e y t e c h n o l o g y a n da p p l i c a t i o nL I UZ h a n k eT h eF i r s tG e o d e t i cS u r v e y i n g B r i g a d eo fM N R,X i a n710054,C h i n a㊀㊀精细化的重力场信息我国现代国家测绘基准体系中不可或缺的基础性数据,航空重力测量是提升国家高程基准水平的主要手段和必由之路,航空重力测量理论方法得到国内外学者广泛而深入的研究.本文以我国重力空白区的航空重力测量为研究背景,基于G TG2A航空重力仪的测试与试验,对大范围开展基础性航空重力测量的工程化应用技术理论与方法进行分析研究,主要工作如下:(1)对G TG2A航空重力测量系统进行了系统性标定,设计了静态测量试验和升降台试验,对G TG2A航空重力测量系统的零漂率㊁分辨力和重力信号提取结果的尺度因子进行了计算和分析,与B u r r i s相对重力仪测量结果比较.结果表明,固体潮改正前㊁后,采用G TG2A零漂率差值最大可达7.4μG a l/h,采用施测前后校准测量数据计算零漂率引入的代表误差最大为13.7μG a l/h,固体潮对零漂率的确定具有较大影响;幅值超过30μG a l的固体潮分潮波会对G TG2A测量结果的幅G频特征产生影响, G TG2A对固体潮的分辨力约为30μG a l;G TG2A试验量程内观测数据的尺度因子为-0.0034ʃ0.0116. (2)提出了我国困难地区高精度定位㊁测速和测加速度的方法,建立和推导了基于单基站㊁多基站的定位速度加速度直接求解的严密关系式,利用实测数据验证了G P S/B D S组合求解定位测速测加速度.结果表明,B D S 测加速精度基本与G P S的相当,引入B D S系统进行G P S/B D S组合能有效提高求解的精度,B D S系统能够满足我国航空重力测量需求.(3)提出了单站法标量航空重力测量方法.将相位历元差分求解高精度载体速度的方法(V A D A S E)引入到航空重力测量应用中,采用单站测量模式,无须布设地面基准站,利用载体的动态观测数据,解得高精度历元间位移序列,结合泰勒一阶中心差分获得载体加速度,联合G TG2A重力仪的实测数据求解测线重力扰动,分别采用交叉点不符值以及地面实测重力值评定其内外符合精度.结果表明,单站法解算的加速度联合重力和姿态数据解算的重力扰动与G TG2A重力仪D G P S解算的重力扰动符合较好.(4)设计了秦岭山区㊁毛乌素沙漠㊁青藏高原等3种典型地貌环境下的航空重力测量试验区并获取了实测的航空重力数据,在地面布设重力格网并获取了格网点加密重力测量值,采用顾及水平位置改正和高度归算的内符合精度评定方法㊁顾及地面重力数据误差与空中传播误差的外符合精度评价方法,系统性评估了结合G TG2A 航空重力测量系统测量数据的外符合精度.统计结果均表明试验区的航空重力测量内符合精度优于1m G a l,外符合精度优于1.6m G a l.(5)开展了利用航空重力数据构建似大地水准面模型的试验,利用最新航空重力测量数据确立了我国南海某区域的大地水准面.在毛乌素沙漠布设了约长度100k m㊁1.5k m/节点的G N S S/水准路线,利用高精度G N S S/水准路线成果计算高程异常,并评估了航空测量重力数据对构建大地水准面中的贡献.试验结果表明,航空重力测量数据恢复的大地水准面精度远高于现有模型,对恢复大地水准面时是非常有效的㊁积极的.同时,为了解决航空重力测量工程化应用中的具体问题,开发了航空重力测量工程化应用软件,以满足未来大规模开展航空重力测量的现实需求.中图分类号:P228㊀㊀㊀㊀文献标识码:D文章编号:1001G1595(2021)02G0284G01基金项目:国家自然科学基金(41674024;41721003;41774020;42074041);民用航天 十三五 技术预先研究项目;国家重点研发计划(2019Y F C1509802;2020Y F C1512000)收稿日期:2020G10G19作者简介:刘站科(1981 ),男,2019年6月毕业于武汉大学,获工学博士学位(指导教师:李建成教授),研究方向为航空重力测量.A u t h o r:L I U Z h a n k e(1981 ),m a l e,r e c e i v e d h i s d o c t o r a l d e g r e ef r o m W u h a nU n i v e r s i t y o nJ u n e2019, m a j o r s i na i r b o r n e g r a v i t y s u r v e y.EGm a i l:L Z K_111@163.c o m。
飞机颠簸产生的可能机制及其在天气预测上的应用
飞机颠簸产生的可能机制及其在天气预测上的应用飞机颠簸产生的可能机制及其在天气预测上的应用 Possible Mechanism of Airplane Bumps and its Application in Weather Prediction 王淑翠李子良全日制学术学位气象学中尺度气象学 2013 6 1 谨以此论文献给我的导师、家人、朋友和所有关心帮助我的人。
王淑翠2013 年 6 月于青岛飞机颠簸产生的可能机制及其在天气预测上的应用摘要本文首先基于不可压缩流体包辛内斯克方程组, 利用傅里叶变换法和流动内边界条件, 推导分层模式气流过山脉地形的垂直速度解析表达式, 研究山脉地区分层模式气流过地形的稳定性及其引起飞机载荷因素的变化。
利用产生飞机颠簸的数值仿真实验, 研究地形和急流相互作用下发生飞机颠簸的可能机制。
研究结果表明, 急流北侧,大气运动往往是惯性稳定的,天气尺度的对流不稳定发展常在低压气旋区产生飞机颠簸。
天气尺度对流不稳定发展可能会激发重力波, 重力波失稳破碎成湍流可能会引起飞机颠簸。
急流附近的强风切变与对流不稳定造成的湍流发展相互作用, 使穿越急流区的飞机产生强烈的颠簸。
在急流南侧, 大气运动往往是惯性不稳定的, 有可能激发惯性重力波, 惯性重力波不稳定发展破碎成湍流, 在稳定的大气层结条件下, 惯性不稳定运动常在高压反气旋区引起飞机颠簸。
这可能是飞机在山脉地区急流附近产生颠簸的两种可能机制。
在理论分析的基础上, 本文针对 2012 年 5 月10 日发生在广州至上海航线的飞机颠簸个例进行诊断分析, 利用 NCEP/NCAR 再分析资料等对飞机颠簸发生时的背景天气形势、动力和热力条件进行诊断,研究此次飞机颠簸产生的可能原因。
研究结论表明, 颠簸区域位于高空高压脊后, 飞机穿越等高线密集区域, 在高空急流南侧反气旋区, 可能由于惯性重力波不稳定破碎产生飞机颠簸。
颠簸区域位于急流区边缘有强的风速切变处, 较小的风速切变有利于重力波的产生, 但是随着风切变的增加, 重力波会破碎成湍流, 引起晴空湍流和晴空飞行颠簸, 地形和急流的相互作用可能是此次飞机发生颠簸的主要原因。
航空重力测量的分辨率和精度分析
举例
本次实验数据来源于大同航空重力测量.该实验区属 中等山区,范围1°40′×2°00′.测区东部地形起 伏较大,最高峰海拔2800m,西北部为丘陵,平均海拔 1000m,全区最大高差2100m,飞行高度上的重力异 常变化为 -50 ~ 80mGal.测区内已有高精度,高分辨 率的地面重力测量,向上延拓获得的参考值的精度优 于2.0mGal.飞行高度3400m的测线共30条,覆盖整个 实验区,相邻测线的间距5′.平均飞行速度360km/h.由 于飞行速度变化不大,此处侧重分析重力异常精度, 分辨率与所用低通滤波器的关系.
84070301班 84070301班 2008040703014 刘皓
本讲重点及摘要
航空重力测量分辨率与飞行高度的关系后, 表明对于300km/h的飞行速度和2.5km的飞行 高度在山区和平地可恢复的最小波长分辨率 分别为9km和14km,在此高度该频段重力异常 的衰减率约为50%.这里探讨了低通滤波器截 止频率对于航空重力测量沿线分辨率和精度 的影响,对于大同航空重力测量,滤波尺为 150.200.250s时.沿线半波长分辨率分别为 7.5,10和12.5km.
总结
航空重力测量可用于获取中高频的地球重力场信息,其实际可 获得的分辨率与飞行高度、飞行速度、低通滤波器的截止频 率等有关,其所能达到的精度除取决于测量环境因素(如大气 湍流等)外,还与所用的低通滤波器进而与其沿线空间分辨率 密切相关.分析表明,对于2.5km的飞行高度和300km/h的飞行 速度,可获得满足大地测量应用要求的分辨率(如9km),若降低 飞行高度和飞行速度,可进一步提高分辨率.实际数据处理时, 采用不同的滤波器截止频率,交叉点重力异常不符值的中误差 (内部精度)是随之而变的,根据这种变化特性以及所需的分 辨率和精度,可确定合适的滤波器截止频率.如对大同航空 重力测量的基本要求是测定5′×5′网格平均重力异常的精度 为5~7mGal,此时选用200s的滤波尺度(截止频率0.005Hz) 是合适的.
飞机飞行载荷实测技术分析
飞机飞行载荷实测技术分析飞机飞行载荷实测技术是指通过实际测量飞机在不同飞行状态下所受到的载荷情况,对飞机进行技术分析和评估的一种方法。
飞机在飞行过程中会受到多种载荷的作用,包括重力、气动载荷、惯性载荷等,这些载荷对飞机的结构和性能有着重要的影响。
1.载荷传感器:通过在飞机结构上安装各种类型的载荷传感器,可以直接测量飞机在不同位置和部件上所受到的载荷。
常用的载荷传感器包括应变片、压力传感器、力传感器等。
这些传感器可以直接测量飞机结构受力情况,并将数据通过电气信号传输给计算机进行处理和分析。
2.载荷测量系统:载荷传感器需要与计算机系统相连接,通过数据采集和传输系统将载荷数据传输给计算机进行处理和分析。
载荷测量系统需要具备高速、高精度、高分辨率等特点,以满足飞行载荷实测的要求。
载荷测量系统还需要考虑传感器的校准和故障诊断等功能。
3.数据分析和处理:飞行载荷实测所得到的数据需要进行分析和处理,以获取飞机在不同飞行状态下的载荷特性。
数据分析和处理主要包括载荷谱分析、载荷频谱分析、载荷统计特性分析等。
这些分析结果可以为设计和优化提供重要依据。
飞机飞行载荷实测技术的发展对于飞机设计和运行具有重要的意义。
通过实测载荷数据,可以有效评估飞机结构的强度和刚度,保证飞机的飞行安全;还可以优化飞机设计,降低飞机的结构重量和能耗。
飞机飞行载荷实测技术还可以应用于飞机故障诊断和结构健康监测等方面,提高飞机的运行可靠性和维修效率。
飞机飞行载荷实测技术是一项关键的技术手段,可以为飞机设计、运行和维修提供重要支撑。
随着技术的不断发展,飞机飞行载荷实测技术将会更加精确和可靠,为飞机行业的发展做出更大的贡献。
极地航空重力测量及其应用进展
第30卷第1期 极地研究Vol. 30, No. 1 2018年3月CHINESE JOURNAL OF POLAR RESEARCHMarch 2018[收稿日期] 2017年6月收到来稿, 2017年9月收到修改稿 [基金项目] 国家自然科学基金(41574004,41531069)、南北极环境综合考察与评估专项(CHINARE2016-04-02, CHINARE2017- 02-03)、地理空间信息工程国家测绘地理信息局重点实验室开放基金(201422)资助[作者简介] 高晟俊, 男, 1989年生。
硕士, 主要从事极地航空重力测量研究工作。
E-mail: 363993746@ [通信作者] 郝卫峰, haowf@极地航空重力测量及其应用进展高晟俊1,2,3 郝卫峰1,2,3 李斐1,2,3 郭井学4 崔祥斌4(1武汉大学中国南极测绘研究中心, 湖北 武汉 430079; 2极地测绘科学国家测绘地理信息局重点实验室, 湖北 武汉 430079; 3武汉大学国家领土主权与海洋权益协同创新中心, 湖北 武汉 430079;4中国极地研究中心, 上海 200136)提要 在论述航空重力测量技术在目前重力场信息获取中不可替代性的基础上, 回顾并简述了国际、国内航空重力测量技术的发展历史, 介绍了航空重力测量的基本原理, 总结了航空重力测量技术在极地航空地球物理勘探任务中的应用。
指出航空重力测量技术是目前唯一兼顾高精度高分辨率并且能覆盖全南极区域的观测手段, 在完善南极地区全球重力场模型、研究南极地区地质构造、质量变化等任务中起着非常重要的作用。
关键词 航空重力 南极 北极 国际计划 雪鹰601 doi: 10. 13679/j. jdyj. 201700200 引言地球重力场是地球本身固有的一种物理特性, 与地球表层及其内部的质量分布、物质运动与变化密切相关[1]。
同时, 重力场还制约着地球本身及邻近空间内的一切物理事件, 在自然科学、地球物理学、地球动力学、大地测量学、空间科学、资源勘探、海洋科学、现代军事等各个学科领域都有着广泛的应用[2-5]。
飞行的高度与重力——初中物理第二册教案重力对飞行的影响
飞行的高度与重力——初中物理第二册教案重力对飞行的影响在航空领域,重力是永恒的敌人。
不管是人类的飞行员还是无人机,都必须不断地和重力斗争。
因此,我们必须深入了解飞行的高度与重力之间的关系,以便更好地掌握飞行的技术和技能。
一、如何在高空保持平衡当我们飞升到高空时,飞行器将依靠重力的支撑力来保持平衡。
这取决于飞行器的质量和空气的密度。
当空气密度变得过低时,飞行器将需要更高的速度才能继续保持平衡。
对于发动机推动的飞行器,它们可以通过增加推力来保持平衡。
二、重力是如何影响飞行器的运动的?重力是影响飞行器运行的一个最主要的因素之一。
在地球的表面,重力是一个向下的势能场。
飞行器可以通过飞行高度来获得更大的重力能量,但也会受到更高的空气阻力。
此外,飞行器的速度也会影响其受到的重力。
飞行器的飞行速度越快,它需要增加的力量来维持重力就越大。
三、影响重力的其他因素空气密度、温度和大气层厚度的变化都会影响重力。
例如,当温度升高时,空气密度会降低,重力将会下降。
此外,地球的自转也影响了我们所感受到的重力,因为物体在地球上的重力有一个向心的分量。
当我们向赤道飞行时,我们会感受到一个略微弱一些的重力。
四、如何微调飞行器以应对重力变化在飞行过程中,飞行员和机器都必须时刻适应重力的变化。
对于机器而言,它们可以通过组织动力学和空气动力学模型来平衡飞行器的运动。
而对于人类来说,则需要依靠训练和反应时间,以便通过舵机调整飞行器的距离、速度和高度。
在实际飞行中,飞行员必须不断地做微调,以保持飞行器在高空中的平衡状态。
通过以上几点,我们可以看出,重力在飞行过程中发挥着重要的作用。
理解飞行的高度与重力之间的关系,可以帮助我们更好地掌握航空技术,更好地实现飞行的平衡和稳定。
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㊀第39卷增刊物㊀探㊀与㊀化㊀探Vol.39,Supp.㊀㊀2015年12月GEOPHYSICAL&GEOCHEMICALEXPLORATIONDec.,2015㊀doi:10.11720/wtyht.2015.S1.21周锡华,姜作喜,屈进红,等.起伏飞行在航空重力测量的应用研究[J].物探与化探,2015,39(S1):98-104.http://doi.org/10.11720/wtyht.2015.S1.21ZhouXH,JiangZX,QuJH,etal.Theapplicationoftherise⁃and⁃fallflighttotheaerialgravitymeasurement[J].GeophysicalandGeochemicalExplora⁃tion,2015,39(S1):98-104.http://doi.org/10.11720/wtyht.2015.S1.21起伏飞行在航空重力测量的应用研究周锡华,姜作喜,屈进红,王蓬(中国国土资源航空物探遥感中心,北京㊀100083)摘要:从理论上分析了起伏飞行测量对GT航空重力测量的影响程度;为了有效地验证起伏飞行的测量效果,开展平坦地形㊁起伏地形下的一系列缓起伏飞行测试,并分别对GT⁃2A直升机㊁固定翼航空重力缓起伏飞行测量结果进行了评价;测试结果表明:采用坡度不超过3.0ʎ(爬升率约1/20)的缓起伏飞行方法是可行的,其重复测量内符合精度均小于0.7mGal,满足了高精度测量的要求㊂关键词:航空重力测量;缓起伏飞行;地形影响中图分类号:P631㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1000-8918(2015)S1-0098-07㊀㊀收稿日期:2015⁃12⁃04㊀㊀基金项目:国家高技术研究发展计划( 863 计划)项目 新型高精度航空重力勘查系统研制 (2013AA063902);国家高技术研究发展计划( 863 计划)项目(2011AA060501);中国地质调查局地质调查子项目 航空重力测量技术规范 (12120115054801)㊀㊀美国LaCoste&Romberg于1965年生产出了世界上第一台带动态稳定平台的重力仪,1998年12月第一次在法国和瑞士的Alps完成了1万公里的航空重力测量任务[1]㊂1992年加拿大SGL(SanderGeophysicsLimited,简称为SGL公司)开始了航空重力测量仪AIRGrav的研制,平台水平姿态可控制在10角秒以内,这使得飞机动作对系统的精度影响小,可以进行起伏飞行测量㊂莫斯科重力仪技术股份有限公司(GravimeterTechnologiesLtd,简称为GT公司)于2000年将海上重力仪改装成GT⁃1A航空重力仪,并于2009年将GT⁃1A航空重力仪升级为动态范围更大(2倍于GT⁃1A)的GT⁃2A航空重力仪,能够进行缓起伏飞行测量[34]㊂SGL公司利用AIRGrav航空重力仪进行缓起伏飞行测量已经成为成熟的技术,测区可为平原㊁丘陵区和陡峭山区,飞行高度为200m(真高),起伏坡度按照250ft/nm(76.2m/1610m)爬升和下降率进行设计,可以开展航空重力测量㊁航空重磁测量,甚至是航空重磁放测量[2,10]㊂GT系列航空重力仪基本采用同一高度的平飞方法进行航空重力测量,国外开展航空重力缓起伏飞行测量试验表明:GT⁃2A航空重力仪已经具备了缓起伏飞行的能力,但没有开展大规模的生产,也没有提供有意义的起伏飞行测量方法[59]㊂我国资源型航空重力测量使用的俄罗斯GT系列航空重力仪,采用同一高度平飞进行航空重力测量[11,15]㊂为了满足我国陆域地区的航空重力测量要求,特别是满足山区低高度的缓起伏飞行,本文开展GT⁃2A航空重力起伏飞行测量的研究,以期更好地为我国陆地资源勘查服务㊂1㊀理论上分析起伏飞行状态对GT航空重力测量的影响1.1㊀起伏飞行下作用于重力传感器上的垂向加速度理论模型㊀㊀从理论入手,分析起伏飞行的频度和坡度对GT航空重力测量的影响程度,掌握GT系列航空重力测量系统对起伏飞行的频度和坡度的要求[14]㊂假设航空重力测量飞机的飞行高度轨迹如图1,横坐标为测量时间,纵坐标为飞行高度㊂㊀㊀飞行高度轨迹的数学表达式为:H(t)=Asinωt,(1)ω=2π/T㊂其中:H(t)为飞机的实际飞行高度(m),A为起伏飞㊀增刊周锡华等:起伏飞行在航空重力测量的应用研究图1㊀航空重力测量飞机的飞行高度轨迹行高度的幅度,T为起伏飞行的周期㊂对式(1)进行二次微分,取绝对值,得到飞机的垂直加速度y(t):y(t)=ω2Asin(ωt),α=arctg[4A/(V∗T)],其中:α为飞行起伏坡度,V为飞行速度㊂在不考虑飞机颤振和气流等其他因素的情况下,通过选择不同起伏飞行的幅度值和周期,从理论上可得到不同起伏飞行的幅度值和周期对GT航空重力测量的影响程度㊂图2为不同起伏幅度和周期飞行下的飞机垂向加速度变化曲线,表1为不同起伏幅度和周期飞行下的飞机垂向加速度和飞行坡度统计㊂理论计算忽略了飞机颤振和气流等因素对飞机垂直加速度的影响,在一定的起伏幅度和起伏周期下,导致模拟计算起伏坡度的角度比实际偏大,最大垂直加速度比实际偏小㊂但不影响分析起伏周期㊁起伏幅度与坡度和加速度之间的定性分析㊂图2㊀不同起伏幅度和周期飞行下的飞机垂向加速度变化表1㊀不同起伏幅度和周期飞行下的飞机垂向加速度和飞行坡度统计起伏幅度100m250m450m起伏周期/s601206012060120最大加速度/(m/s2)1.10.32.70.74.91.2起伏坡度/(ʎ)6.23.115.37.826.113.8㊀㊀注:取平均飞行速度220km/h进行分析计算1.2㊀起伏飞行下垂向加速度的定性分析图3为450m幅度不同起伏周期下的起伏坡度和最大加速度变化图,图4为120s起伏周期不同起伏幅度下的坡度和最大加速度变化图㊂从图3㊁图4可以看出,起伏周期的长短变化对垂向加速度的影响要比起伏坡度剧烈;起伏周期减小一倍,垂向加速度要增大4倍,随着起伏周期的加长,对垂向加速度的影响程度越来越小,240s以上起伏周期时影响很小;起伏坡度变化与对垂向加速度的影响基本与坡度变化成正比;飞机由上升到下㊃99㊃物㊀探㊀与㊀化㊀探39卷㊀图3㊀在450m幅度不同起伏周期下的起伏坡度和最大加速度变化图4㊀在120s起伏周期不同起伏幅度下的坡度和最大加速度变化降或由下降到上升飞行阶段(相对应于飞行于山顶或山谷处)对垂向加速度影响最大,相当于图2中各波形的峰值位置㊂从表1不难发现:当采用起伏周期60s㊁起伏幅度100m时,即爬升率约为1/20时,所引起的最大加速度达到1.1m/s2,接近GT⁃1A细道动态范围2.5m/s2的1/2,测量时很容易造成细道饱和㊂当采用起伏周期60s㊁起伏幅度250m时,即爬升率约为1/8时(一般固定翼飞机的最大爬升率),所引起的最大加速度达到2.7m/s2,超过GT⁃1A粗道动态范围5.0m/s2的1/2,测量时很容易造成粗道饱和,除非在平静的气流下才能开展正常测量工作㊂当采用起伏周期60s㊁起伏幅度450m时,即爬升率约为1/5时,所引起的最大加速度达到4.9m/s2,约为GT⁃2A动态范围10.0m/s2的1/2,测量时不会造成饱和,即采用该起伏飞行方式且可正常工作于GT⁃1A测量方式㊂因此,从动态范围来讲,GT⁃2A航空重力仪可满足起伏飞行的航空重力测量要求㊂1.3㊀理论分析结论从以上分析可以得到以下结论:1)起伏飞行最影响重力测量的位置在于飞机爬升或下降状态转变处,飞机爬升或下降转变过程越缓和,对航空重力测量影响越小㊂2)起伏的周期越短,对航空重力测量影响越大,频繁起伏会严重影响航空重力测量精度;起伏周期增加一倍,对航空重力测量的影响减少到1/4倍,长周期的起伏飞行适用于航空重力测量㊂3)保持一定角度爬升或下降过程中对航空重力测量影响较小㊂(4)GT⁃2A航空重力仪可满足起伏飞行的航空重力测量要求㊂2㊀GT⁃2A直升机航空重力起伏飞行测试与方法研究㊀㊀根据直升机航空重力测量系统的特点,详细制㊃001㊃㊀增刊周锡华等:起伏飞行在航空重力测量的应用研究定了GT⁃2A航空重磁勘查系统缓起伏测试飞行方案,并通过测试飞行对直升机航空重力起伏飞行测量精度进行评价[1213],开展飞行方法研究㊂2.1㊀缓起伏飞行航空重力测量试验与精度评价在地形起伏较缓(100 150m)的L1990线,利用直升机航空重磁勘查系统进行沿地形起伏飞行的测试,测试结果如图5所示㊂图5中的深灰色线为地形,紫红线为1990线沿地形起伏飞行的航空空间重力异常(真高200m),蓝线为1990线实际飞行高度,最大爬升率约为1/21,最大坡度约3ʎ;红线为8005线沿400m等高飞行的航空空间重力异常㊂异常半波长分辨率为1.6km,两者空间重力异常的内符合精度为0.377mGal,表现为很好的一致性㊂将1990线进行布格改正,并与1ʒ5万地面布格重力相应上延至同一高度进行对比,对比结果如图6,异常半波长分辨率为1.6km,两者的布格重力异常内符合精度为0.337mGal,一致性较好㊂图5㊀起伏与平飞下航空空间重力异常重复线测量对比图6㊀L1990航空布格重力与地面布格重力上延200m异常对比(7200线为地面布格重力,1990线为真高200m起伏飞行航空布格重力)2.2㊀不同高度缓起伏飞行航空重力测量试验与精度评价㊀㊀在L1990线上完成了4个高度的沿地形缓起伏测试飞行,起伏程度相对平缓,对4条不同高度测线(L1990㊁R8309㊁R8410㊁R8511)进行布格改正,并与1ʒ5万地面布格重力相应上延至同一高度进行对比,对比结果见表2㊂从布格重力异常空地对比结果来看:在不同的飞行高度上,缓起伏飞行获得的航空布格重力异常与地面布格重力异常具有很好的一致性,其外符合精度好于0.7mGal㊂㊃101㊃物㊀探㊀与㊀化㊀探39卷㊀表2㊀L1990不同高度测试线地改后与地面布格重力精度统计测线飞行高度/m最大起伏角/(ʎ)地面布格重力内符合精度/mGal外符合精度/mGalL1990离地2002.74上延200m0.3370.675R8309离地3002.45上延300m0.3030.607R8410离地4004.91上延400m0.3280.657R8511离地5004.61上延500m0.2850.5713㊀GT⁃2A固定翼航空重力起伏飞行测试与方法3.1㊀平坦地形缓起伏飞行航空重力测量试验与精度评价㊀㊀选择地势平坦地区,通过模拟起伏飞行的方式考察航空重力起伏飞行的测量精度,平坦地形可减少地形对测量结果的影响㊂第一次试验测线长度约100km,每条测线上均设计了固定坡度和幅度的2次起伏飞行测试㊂实际测量飞机在6km水平距离内升高/下降约370m,爬升率约1/16,航迹坡度约3.5ʎ(图7),与8条GPS高度1500m平飞测试线平均空间重力异常场内符合精度0.565mGal㊂第二次试验测试线长度约50km,4条重复线最小航迹坡度1.21ʎ,最大航迹坡度2.88ʎ,最大爬升率约1/19,异常内符合精度0.478mGal(图8)㊂图7㊀第一次缓起伏飞行试验空间重力异常与飞行高度曲线图8㊀第二次缓起伏飞行试验空间重力异常与飞行高度曲线㊃201㊃㊀增刊周锡华等:起伏飞行在航空重力测量的应用研究3.2㊀起伏地形缓起伏飞行航空重力测量试验与精度评价㊀㊀在某地区部分测线跨越山区,采取缓坡度沿地势飞行的飞行方式,要求飞行坡度不超过3ʎ,过山头时飞机离山头不超过200m,飞行时控制飞机坡度缓慢变化㊂缓起伏线19341㊁19342实际最大航迹坡度约2.2ʎ(爬升率约1/25),如图9㊂从图中看出:飞机爬升和下降时,解算出的航空空间重力异常平顺过渡,两条重复线航空空间重力异常内符合精度为0.660mGal,异常曲线基本一致,反映出缓起伏飞行过程中飞机爬升和下降未对航空空间重力异常解算产生明显影响㊂在某测区进行了缓起伏重复线飞行测试,测试结果如图10㊂4001线从测线南端开始以1100m(GPS)高度向北平飞,到山前以约1/20的爬升率(航迹坡度约3.0ʎ)爬升到2300m,然后以2300m(GPS)高度继续向北平飞㊂到了测线最北端,遇山又继续以约1/20的爬升率继续爬升,直到完成测线飞行;4000线为2300m平飞测线,仅在测线北部山前飞行高度随地形缓慢抬升,航迹坡度小于3.0ʎ㊂仔细观察图10不难发现,在高差1200m的爬升阶段,起伏飞行与平飞(测线北端)得到的航空空间重力异常形状十分相似,爬升阶段没有出现因起伏飞行而产生明显的扰动异常,两条测线重复段的内符合精度为0.528mGal㊂图9㊀19341、19342线航空空间重力异常及飞行高度曲线对比图10㊀缓起伏线4001线与平飞线4000线空间重力异常及飞行高度曲线对比4㊀结论在航空重力勘查系统生产过程中,设计了单一起伏㊁组合起伏和沿实际地形起伏等测量方法,并完成了直升机航空重磁和固定翼航空重力勘查系统不同种类㊁不同起伏坡度的飞行测试㊂通过全面的多坡度起伏飞行测试,基本掌握了航空重力起伏飞行的能力和测量精度㊂归纳目前获得的平飞和起伏飞行的测试结果,可初步得到以下结论:1)航空重力测量采用缓起伏飞行是可行的㊂㊃301㊃物㊀探㊀与㊀化㊀探39卷㊀测试结果和国外报道表明:在航空重力测量过程中,采用坡度不超过3.0ʎ(爬升率约1/20)的缓起伏飞行方法是可行的,其重复测量内符合精度均小于0.7mGal,满足了高精度测量的要求㊂但加大起伏坡度将造成测量精度下降,起伏坡度越大且越频繁,测量精度受到的影响越大㊂因此,为满足起伏地形下航空重力测量的要求,航空重力测量可采用缓起伏飞行的方法,尽可能降低飞行高度,提高对地分辨能力㊂2)起伏飞行时应采用沿地形包络线起伏飞行的方法㊂在起伏飞行设计和实施时,航空重力测量应采用沿主要山头或山谷的包络线进行设计和作业㊂设计飞行高度时其飞机爬升率最好按小于1/20进行设计,尽可能地减少连续短周期(<120s)的大幅度起伏飞行,起伏间隔应不小于一个滤波周期的长度;同时飞机从爬升到下降或从下降到爬升过渡要平缓,需适当加长过渡期㊂参考文献:[1]㊀AirborneGT⁃1AgravitysurveyforUTSGeophysicsACQUISITIONANDPROCESSINGREPORTSurveyflownJan[R].2009.[2]㊀FarrA,MeyerS,BatesM.Airbornegravitysurveyquesnelliare⁃gionBritishColumbia[R].2008.[3]㊀AirbornePetroleumGeophysicsHeli⁃gravGT⁃1A/2ADrapeProfileExample[R].[4]㊀BaranyiE,EllisR.AnairbornegravitycasestudyofthePodolskyeposit,SudburyBasin,AirborneGravity[R].2010.[5]㊀OlsonD,EngP,GeophP.Technicalnote:GT⁃2AHelicopterRe⁃peatLine.AuroraOntario[R].August,2009.[6]㊀BaranyiE,EllisR.AnairbornegravitycasestudyofthePodolskyeposit,SudburyBasin,AirborneGravity[R].2010.[7]㊀TuckettH.Technicalnote:GT⁃2Afixed⁃wingrepeatlinedrapeflightsVredefortDome[R].SouthAfrica,2009.[8]㊀EpofIgor.Technicalnote:GT⁃2Ahelicopterdrapeflights[R].Canada,2011.[9]㊀OlsonD.GT⁃1AandGT⁃2Aairbornegravimeters:Improvementsindesign,operation,andprocessingfrom2003to2010[C]//Air⁃borneGravity2010Workshop,ASEGPESA,ExpandedAbstracts.2010:152171.[10]ReportofoftheGravitySurveyforTIMMINSNORTHEAST,NORTHWESTANDSOUTH[R].airbornegravitysurveys.geo⁃physicsDataset1051.[11]GJB6561⁃2008,航空重力测量作业规范[S].2008.[12]郭志宏,熊盛青,周坚鑫,等.航空重力重复线测试数据质量评价方法研究[J].地球物理学报,2008,51(5):15381543.[13]姜作喜,张虹,郭志宏.航空重力测量内符合精度计算方法[J].物探与化探,2010,34(5):672676.[14]王静波,熊盛青,郭志宏,等.利用Kalman平滑技术估算航空重力测量中的载体垂直加速度[J].地球物理学进展,2010,25(3):968974.[15]熊盛青.我国航空重磁勘探技术现状与发展趋势[J].地球物理学进展,2009,24(1):113117.Theapplicationoftherise⁃and⁃fallflighttotheaerialgravitymeasurementZHOUXi⁃Hua,JIANGZuo⁃Xi,QUJin⁃Hong,WANGPeng(ChinaAirborneGeophysicalandRemoteSensingCenterforLandandResource,Beijing㊀100083,China)Abstract:Inthispaper,theoreticalanalysisismadefortheinfluenceextentoftherise⁃and⁃fallflightontheGTaerialgravitymeasure⁃ment.Inordertoverifythemeasurementeffectoftherise⁃and-fallflight,theauthorscarriedoutaseriesoftestsonsmoothrise⁃and⁃fallflight,andmadeevaluationontheresultsofaerialgravitysmoothrise⁃and-fallflyingmeasurementperformedbyGT⁃2Ahelicopterandfixedwinghelicopterrespectively.Theresultsshowthattheadoptionofsmoothrise⁃and⁃fallflightundertheconditionofslopenotinex⁃cessof3.0ʎ(rate⁃of⁃climbabout1/20)isfeasible.Thecoincidenceprecisionsofrepeatedmeasurementsareexclusivelylessthan0.7mGal,thusmeetingtherequirementsofthehigh⁃precisionmeasurement.Keywords:aerialgravitymeasurement;smoothrise⁃and⁃fallflight;orographicinfluence作者简介:周锡华(1964-),男,江苏南通人,教授级高级工程师,2008年毕业于中国地质大学(北京)地球探测与信息技术专业,获博士学位,现主要从事地球物理探测技术㊁探测仪器以及计算机应用技术等领域的研究开发与应用工作㊂㊃401㊃。