大气数据与惯导大气数据系统与记录方式

• 利用大气的物理特性测高
• 电离层：中间层到离地500km，空气稀薄，听不到声音 • 散逸层：离地500~1600km之间，也称为外层大气
大气紊流
• 大气紊流（湍流）： 空气紊乱流动的现象，旋涡和不规则的 波动，使得大气中的风向、风速呈随机 变化。
• 风切变： 空间任意两点之间风矢量的变化
• 微下冲气流： 较强的下降气流，飞机在起飞、着陆过 程中遇到超过自己爬升或下降速率的下
标准大气（二）
• 当空气微粒沿地球法线移动，单位质量
所做的功为：
h
0 ghdh
dΦ=ghdz= ghdh
• 重力势高度：H= Φ/gn
g 9 . 8 0 6 1 6 1 0 . 0 0 2 6 3 7 3 c o s 2 0 . 0 0 0 0 0 5 9 c o s 2 2
标准大气（一）
• 国际标准大气的规定
– 空方气程为所干 确P燥 立清 的RM洁 关*T 的系R理T想气体，并遵循理想气体
– 国际标准大气以平均海平面作为零高度 – 气压为1个标准大气压，气温15º，密度为
0.125kg.s2/m4
• 为便于探讨大气中的压力分布，国际标准 大气引用了重力势高度的概念。
– 国际标准大气条件下，气压与高度的关系为
0时
H
Tb
Ph Pb
R / gn
1
Hb
或
ln
Ph
ln
Pb
gn
R
ln
Tb
H
Tb
Hb
0时
H
Hb
RTb gn
ln
Pb Ph
或
ln
Ph
ln
Pb
gn RTb
H
Hb
大气参数的测量单位
• 压力单位
– 帕斯卡[Pa]：每平方米的面积上作用有1牛顿的 力,1[Pa]=1[N/m2]
• 重力加速度随地理纬度的变化：
标准大气（三）
– 国际标准大气规定的高度分层、大气温度及
气T 温h 垂T b直 梯H 度 H 的b关系
dpdF dh
ρgdhdF
dpdF g hdhdF p RT
dp gh dh gn dH
RT
RT
T TH Tb H H b
标准大气（三）
大气数据有关的参数
• 与大气数据有关的参数
– 静压：飞机周围自由空气的压力 – 动压：气流的定向运动具有动能，当气流到
达驻点时，动能变为压力能和热能。单位面 积上升高的压力称为动压
pd=1/2ρυ2 气密度
ρ为标准大气H高度上的空
– 冲压：定义与动压相同。区别是：动压是不 可压缩的流体的理想定义，而冲压是考虑了
– 磅/英寸2[PSi]：1[PSi]=1[bf/in2]=6.89476×103[Pa]
测试系统的静态动态特性及误
差
• 输入/输出特性曲线（难以用精确的解析 式表示）
• 串联测试Y系1 统
Y2
Y
X
Y1
Y2
Y
X
Y1
Y2
用图解法求测试系统的输入输出关系。
用图解法求测量环节的特性曲
y2=f2(y1) y1
大气数据参数
地球大气层
• 对流层（变温层）、平流层（同温层）、中间层、Βιβλιοθήκη Baidu离层（热 层）、散逸层
• 对流层：
距地球中纬度11km，赤道17km，两极8km 包含了大气质量的3/4
• 平流层：
对流层顶部到离地约30km，温度几乎不变，包含了大气质量的约1/4
• 中间层
30km到80~100km为止，大量的臭氧
– 标准大气[atm]：1[atm]=101325[Pa] – 工程大气压[at]：
1[at]=1[Kgf/cm2]=9.80665×104[Pa] – 巴[bar]：1[bar]=106[dyn/cm2]= 105 [Pa] – 毫米液柱：以液柱高度来表示压力的大小
F9t312 [mmHT g ]t= 12 [T7 .o1r3 r5 ]=1/760[atm]=133.322[Pa] 5 1[mmH2O]=9.80665[Pa]
误差
• 精密度、准确度和精度 误差的反义词
测量系统特性描述参数（三）
• 分辨率 输出量的每个阶梯所代表的输入量 的大小
• 迟滞 同一工作条件下，同一参数的测量值 正反行程不同
• 重复性 同一方向多次改变参数时，对同一 被测参数所得的输出值之间的接近和重复 程度。
系统的动态误差
飞行高度及高度变化率的测量
大气数据与惯导 大气数据系统和记录方式
大气数据系统
• 概论 • 飞行高度及高度变化率的测量 • 飞行速度 • 全静压系统 • 大气数据计算机系统 • 大气数据计算机的基本计算方
法 • 大气数据计算机系统输出及显
示仪表
大气数据系统
• 发展历史
– 50年代前，分立式仪表 – 50年代后，机载设备相继增多 – 模拟式中央大气数据计算机 – 各种模拟器件,伺服系统 – 70年代,混合式大气数据计算机 – 80年代,数字式的 – 大气数据计算机的出现，为飞机提供更多的
与大气数据有关的参数
– 全压：动压和静压之和，即气流到达驻点时， 单位面积上的总压力
– 总温：气流到达驻点时获得的气温叫总温 – 静温：飞机周围自由空气所具有的温度 – 攻角：飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵轴
之间的夹角（飞机竖轴和纵轴所在平面内测 量的角度） – 侧滑角：飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵 轴之间的夹角（飞机横轴和纵轴所在平面内 测量的角度）
• 基本误差、附加误差和工作误差
– 基本误差 与标准设备进行对比和校准的差
系统的静态误差（二）
• 系统误差、随机误差和过失误差
– 原理误差 – 构造误差 系统误差(误差恒定不变或按一定规律
变化）
– 环境误差 – 人员误差 – 随机误差 多次测量所得各次的误差 – 过失误差 测量者读数、记录、计算所造成的
线
y1=f1(x)
y2=f2(y1) y1
y1=f1(x)
y2
xy
x
y=f3(y2)
y
串联测试系统静态特性曲线
y
两个测试系统静态特性曲线
测量系统特性描述参数（一）
系统的静态误差 • 绝对误差 被测参数的给出值与相应的真
值之差。 • 相对误差
– 标称相对误差 – 实际相对误差 – 额定相对误差 – 最大额定相对误差
高度定义
• 定义 飞机的重心在空中距离某一测高基准面 的垂直距离。
– 绝对高度：基准面为实际海平面 – 相对高度：基准面为某一参考平面 – 真实高度：基准面为飞机正下方的地面目标
之最高点在内的并与地平面平行的平面 – 标准气压高度：基准面为标准海平面
标准气压高度是国际上通用的高度，主要防
高度测量方法