大气数据
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不考虑空气的压缩性（密度、温度不变）时， pd
1 V 2 2
考虑空气的压缩性（密度、温度变化）时，上式不正 确。 空气流速等于或大于音速时会产生激波，状态参数发 生很大变化。
2013年8月8日
大气数据
33
空气流速小于音速时空速测量的理论基础
若切面1处空气未受扰动，其压力和密度即为该处静压 和空气密度，它与物体相对速度为V，设法使空气流 在切面2处全阻滞，所有动能全部转化为压力能和内能。 （压力为全压）使用全静压管收集全静压，使切面1处 气流不被扰动，2处气流流速为零。
大气数据
4
地球大气层
对流层（变温层）、平流层（同温层）、中间层、电离层（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
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值 附加误差 使用条件偏离标准条件 工作误差 工作环境因素变化情况下的误差极限值
2013年8月8日
大气数据
18
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）
2013年8月8日
大气数据
22
高度测量方法
利用大气的物理特性测高
通过测量大气压力（静压）间接测高 通过测量大气密度来测量飞行高度
利用无线电 波的反射特性测量飞行高度（测真实高度）
1 c c 2l 2
h
通过测量飞机的垂直加速度，再二次积分得飞行高度
2013年8月8日
2013年8月8日 大气数据 28
高度变化率的测量
飞机平飞，表壳内 外气压相等，膜盒 不膨胀不收缩，指 针指零 飞机上升，开口膜 盒内气压小于膜盒 外气压，膜盒收缩， 指针上指 飞机下降，开口膜 盒内气压大于膜盒 外气压，膜盒膨胀， 指针下指
2013年8月8日
大气数据
29
飞行速度
定义 当飞机在所选坐标系内运动时，沿其重心运动轨迹切 线方向的速度称为飞行速度。 速度的种类
串联测试系统
Y1 X X Y1 Y1 Y2 Y2 Y2 Y Y
用图解法求测试系统的输入输出关系。
2013年8月8日
大气数据
16
用图解法求测量环节的特性曲线
y2=f2(y1) y1
y1=f1(x)
y2=f2(y1) y1
y1=f1(x)
y2
x
y
x
y=f3(y2)
y
y
两个测试系统静态特性曲线
大气数据 17
V12 k P k Pt 1 2 k 1 1 k 1 t Ps
2013年8月8日
(考虑空气压缩性）
1 sV12 Pt 2
（不考虑空气压缩性）
大气数据
34
空气流速小于音速时空速测量的理论基础
k 2 k 1 k 1 V 考虑音速的表达形式： Qc Ps 1 2 1 2 a a k RT k P /
温标
摄氏温标（t）、华氏温标（F）、热力学温标（T）、国际实用温 标 9
F t 32 5 T t 273 .15
大气数据 2013年8月8日 14
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）
2013年8月8日
大气数据
15
测试系统的静态动态特性及误差
2013年8月8日
大气数据
3
大气数据系统
发展历史
50年代前期，分立式仪表 50年代后期，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，为飞机提供更多的大气数据参数
2013年8月8日
2013年8月8日
大气数据
8
气流角 （空速向量与机体轴系的关系）
攻角：空速向量在飞机对称面上的投影与机体轴的夹
角，以速度向量的投影在机体轴之下为正（飞机的上 仰角大于轨迹角为正）； 侧滑角 ：速度向量与飞机对称面的夹角。以速度向量 处于飞机对称面右边时为正。
2013年8月8日
大气数据
பைடு நூலகம்
9
气流角
2013年8月8日
大气数据
10
标准大气（一）
国际标准大气的规定
空气为干燥清洁的理想气体，并遵循理想气体方程所确立的关系 R*T P RT M
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/m3
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。
pH R g n H= [( ) 1] H b pb
Tb
2013年8月8日
大气数据
13
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] 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 1[mmHg]=1[Torr]=1/760[atm]=133.322[Pa] 1[mmH2O]=9.80665[Pa] 磅/英寸2[PSi]：1[PSi]=1[bf/in2]=6.89476×103[Pa]
大气数据系统
航空电子系 2013-8-8
飞 机 电 子 系 统
自 动 飞 行
飞行管理系统
自动飞行控制系统
通信系统
无 线 电
惯性基准系统 大气数据系统 ADF VOR 无线电导航 DME GPS ILS
导航系统
仪 表
2013年8月8日
发动机工作状态测量 飞行状态测量
大气数据 2
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
23
气压式高度表
利用测量绝对压力的弹性敏感元件来测量大气静压， 根据高度与大气静压的关系，利用转换机构输出标准 气压高度（相对于标准海平面的重力势高度） 真空膜盒、膜盒串、波纹管 气压式高度表的误差
推导标准气压高度公式时，对标准大气作了一些假设，而实 际大气并不完全符合这些假设 推导标准气压高度公式时，假设了标准大气和标准海平面， 但实际海平面大气参数与标准海平面大气参数不同 构造误差
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
2013年8月8日
大气数据
5
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降气流，对飞行的危害最大。
串联测试系统静态特性曲线
2013年8月8日
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的绝对值。 相对误差
m 标称相对误差：m取测量的指示值
实际相对误差： m取测量的真实值 额定相对误差： m取仪表的满刻度值 最大额定相对误差：额定相对误差的最大值
g 9.80616 1 0.0026373cos 2 0.0000059 cos2 2
重力势高度与几何高度的关系
H=rh/(r+h)
2013年8月8日 大气数据 12
标准大气（三）
每一层大气的温度与重力势高度之间的关系：
TH =Tb + ( H H b )
国际标准大气，气压与高度关系：
2013年8月8日
大气数据
6
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 ρ为标准大气H高度上的空气密度
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，而冲压是考虑了空气的可压缩性
2013年8月8日
大气数据
25
机械式气压高度表
2013年8月8日
大气数据
26
气压式高度表的使用
标准气压高度的测量 绝对高度的测量 相对高度的测量
气压调节旋钮，调节测 量高度基准面的大气 压力，单位：英寸汞 柱、百帕
2013年8月8日
大气数据
27
高度传感器
用凸轮完成高度解算，凸轮型面决定的从动轴转角Ф与 主动轴转角θ间的函数关系Ф=f(θ),保证该传感器输出 角θ与高度（H）间是线性关系，θ=KθH 。
s
s
s
k V 2 k V 4 k 2 k V 6 Ps 1 1 2 a 8 a 48 a
– 压力敏感元件的温度误差 – 摩擦误差
2013年8月8日
大气数据
24
气压高度的测量系统
高度与大气压力关系 为非线性 为使气压高度系统能 用来测量飞机所在处 相对于某一参考基准 面的相对高度，系统 中必须设有气压修正 机构，并保证修正量 与测高系统输出量之 间成线性关系 选用弹性模数温度系 数小的恒弹性合金或 熔凝石英
2013年8月8日
大气数据
7
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）
重力势表示地球大气层内某一给定点上空气微粒的势能。重力势 高度以平均海平面作为重力势高度和几何高度的共同基准。重力 势高度又称为标准气压高度。
2013年8月8日
大气数据
11
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 dΦ=ghdz= ghdh gh dh
0
重力势高度：H= Φ/gn 重力加速度随地理纬度的变化：
飞机相对于地球运动的速度
– 升降速度：飞机重心沿地垂线方向运动的速度分量 – 地速：飞机重心沿地平面运动的速度分量
飞机相对空气运动的速度(横轴-机翼所在的轴，纵轴-机身轴)
– 侧滑速度：飞机在垂直截面内横轴相对于气流的运动速度 – 空速：飞机在纵轴对称面内相对于气流的运动速度
2013年8月8日
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、计算所造成的误差
精密度、准确度和精度 误差的反义词 测量范围、量程 测量上限、下限 灵敏度 输出量微小变化与输入量微小变化之比
2013年8月8日 大气数据 19
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 在动态测量时输入参数与输出参数之间随时间而变化的函 数关系。
2013年8月8日
大气数据
20
飞行高度及高度变化率的测量
2013年8月8日
大气数据
21
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，主要防止同一空域或同 一航线上的飞机在同一气压面上飞行，发生两机相撞的可能。
大气数据
30
2013年8月8日
大气数据
31
地速的测量
W(地速）=Vt（真空速）+V（风速）
地速：飞机相对于地面的速度 风速：空气相对于地面的运动速度 空速：飞机相对于气流的速度 地速的测量：线加速度积分法和多卜勒效应法
2013年8月8日 大气数据 32
空速的测量
飞机相对于气流的速度即为气流相对于飞机的速度
1 V 2 2
考虑空气的压缩性（密度、温度变化）时，上式不正 确。 空气流速等于或大于音速时会产生激波，状态参数发 生很大变化。
2013年8月8日
大气数据
33
空气流速小于音速时空速测量的理论基础
若切面1处空气未受扰动，其压力和密度即为该处静压 和空气密度，它与物体相对速度为V，设法使空气流 在切面2处全阻滞，所有动能全部转化为压力能和内能。 （压力为全压）使用全静压管收集全静压，使切面1处 气流不被扰动，2处气流流速为零。
大气数据
4
地球大气层
对流层（变温层）、平流层（同温层）、中间层、电离层（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
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值 附加误差 使用条件偏离标准条件 工作误差 工作环境因素变化情况下的误差极限值
2013年8月8日
大气数据
18
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）
2013年8月8日
大气数据
22
高度测量方法
利用大气的物理特性测高
通过测量大气压力（静压）间接测高 通过测量大气密度来测量飞行高度
利用无线电 波的反射特性测量飞行高度（测真实高度）
1 c c 2l 2
h
通过测量飞机的垂直加速度，再二次积分得飞行高度
2013年8月8日
2013年8月8日 大气数据 28
高度变化率的测量
飞机平飞，表壳内 外气压相等，膜盒 不膨胀不收缩，指 针指零 飞机上升，开口膜 盒内气压小于膜盒 外气压，膜盒收缩， 指针上指 飞机下降，开口膜 盒内气压大于膜盒 外气压，膜盒膨胀， 指针下指
2013年8月8日
大气数据
29
飞行速度
定义 当飞机在所选坐标系内运动时，沿其重心运动轨迹切 线方向的速度称为飞行速度。 速度的种类
串联测试系统
Y1 X X Y1 Y1 Y2 Y2 Y2 Y Y
用图解法求测试系统的输入输出关系。
2013年8月8日
大气数据
16
用图解法求测量环节的特性曲线
y2=f2(y1) y1
y1=f1(x)
y2=f2(y1) y1
y1=f1(x)
y2
x
y
x
y=f3(y2)
y
y
两个测试系统静态特性曲线
大气数据 17
V12 k P k Pt 1 2 k 1 1 k 1 t Ps
2013年8月8日
(考虑空气压缩性）
1 sV12 Pt 2
（不考虑空气压缩性）
大气数据
34
空气流速小于音速时空速测量的理论基础
k 2 k 1 k 1 V 考虑音速的表达形式： Qc Ps 1 2 1 2 a a k RT k P /
温标
摄氏温标（t）、华氏温标（F）、热力学温标（T）、国际实用温 标 9
F t 32 5 T t 273 .15
大气数据 2013年8月8日 14
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）
2013年8月8日
大气数据
15
测试系统的静态动态特性及误差
2013年8月8日
大气数据
3
大气数据系统
发展历史
50年代前期，分立式仪表 50年代后期，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，为飞机提供更多的大气数据参数
2013年8月8日
2013年8月8日
大气数据
8
气流角 （空速向量与机体轴系的关系）
攻角：空速向量在飞机对称面上的投影与机体轴的夹
角，以速度向量的投影在机体轴之下为正（飞机的上 仰角大于轨迹角为正）； 侧滑角 ：速度向量与飞机对称面的夹角。以速度向量 处于飞机对称面右边时为正。
2013年8月8日
大气数据
பைடு நூலகம்
9
气流角
2013年8月8日
大气数据
10
标准大气（一）
国际标准大气的规定
空气为干燥清洁的理想气体，并遵循理想气体方程所确立的关系 R*T P RT M
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/m3
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。
pH R g n H= [( ) 1] H b pb
Tb
2013年8月8日
大气数据
13
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] 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 1[mmHg]=1[Torr]=1/760[atm]=133.322[Pa] 1[mmH2O]=9.80665[Pa] 磅/英寸2[PSi]：1[PSi]=1[bf/in2]=6.89476×103[Pa]
大气数据系统
航空电子系 2013-8-8
飞 机 电 子 系 统
自 动 飞 行
飞行管理系统
自动飞行控制系统
通信系统
无 线 电
惯性基准系统 大气数据系统 ADF VOR 无线电导航 DME GPS ILS
导航系统
仪 表
2013年8月8日
发动机工作状态测量 飞行状态测量
大气数据 2
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
23
气压式高度表
利用测量绝对压力的弹性敏感元件来测量大气静压， 根据高度与大气静压的关系，利用转换机构输出标准 气压高度（相对于标准海平面的重力势高度） 真空膜盒、膜盒串、波纹管 气压式高度表的误差
推导标准气压高度公式时，对标准大气作了一些假设，而实 际大气并不完全符合这些假设 推导标准气压高度公式时，假设了标准大气和标准海平面， 但实际海平面大气参数与标准海平面大气参数不同 构造误差
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
2013年8月8日
大气数据
5
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降气流，对飞行的危害最大。
串联测试系统静态特性曲线
2013年8月8日
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的绝对值。 相对误差
m 标称相对误差：m取测量的指示值
实际相对误差： m取测量的真实值 额定相对误差： m取仪表的满刻度值 最大额定相对误差：额定相对误差的最大值
g 9.80616 1 0.0026373cos 2 0.0000059 cos2 2
重力势高度与几何高度的关系
H=rh/(r+h)
2013年8月8日 大气数据 12
标准大气（三）
每一层大气的温度与重力势高度之间的关系：
TH =Tb + ( H H b )
国际标准大气，气压与高度关系：
2013年8月8日
大气数据
6
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 ρ为标准大气H高度上的空气密度
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，而冲压是考虑了空气的可压缩性
2013年8月8日
大气数据
25
机械式气压高度表
2013年8月8日
大气数据
26
气压式高度表的使用
标准气压高度的测量 绝对高度的测量 相对高度的测量
气压调节旋钮，调节测 量高度基准面的大气 压力，单位：英寸汞 柱、百帕
2013年8月8日
大气数据
27
高度传感器
用凸轮完成高度解算，凸轮型面决定的从动轴转角Ф与 主动轴转角θ间的函数关系Ф=f(θ),保证该传感器输出 角θ与高度（H）间是线性关系，θ=KθH 。
s
s
s
k V 2 k V 4 k 2 k V 6 Ps 1 1 2 a 8 a 48 a
– 压力敏感元件的温度误差 – 摩擦误差
2013年8月8日
大气数据
24
气压高度的测量系统
高度与大气压力关系 为非线性 为使气压高度系统能 用来测量飞机所在处 相对于某一参考基准 面的相对高度，系统 中必须设有气压修正 机构，并保证修正量 与测高系统输出量之 间成线性关系 选用弹性模数温度系 数小的恒弹性合金或 熔凝石英
2013年8月8日
大气数据
7
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）
重力势表示地球大气层内某一给定点上空气微粒的势能。重力势 高度以平均海平面作为重力势高度和几何高度的共同基准。重力 势高度又称为标准气压高度。
2013年8月8日
大气数据
11
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 dΦ=ghdz= ghdh gh dh
0
重力势高度：H= Φ/gn 重力加速度随地理纬度的变化：
飞机相对于地球运动的速度
– 升降速度：飞机重心沿地垂线方向运动的速度分量 – 地速：飞机重心沿地平面运动的速度分量
飞机相对空气运动的速度(横轴-机翼所在的轴，纵轴-机身轴)
– 侧滑速度：飞机在垂直截面内横轴相对于气流的运动速度 – 空速：飞机在纵轴对称面内相对于气流的运动速度
2013年8月8日
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、计算所造成的误差
精密度、准确度和精度 误差的反义词 测量范围、量程 测量上限、下限 灵敏度 输出量微小变化与输入量微小变化之比
2013年8月8日 大气数据 19
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 在动态测量时输入参数与输出参数之间随时间而变化的函 数关系。
2013年8月8日
大气数据
20
飞行高度及高度变化率的测量
2013年8月8日
大气数据
21
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，主要防止同一空域或同 一航线上的飞机在同一气压面上飞行，发生两机相撞的可能。
大气数据
30
2013年8月8日
大气数据
31
地速的测量
W(地速）=Vt（真空速）+V（风速）
地速：飞机相对于地面的速度 风速：空气相对于地面的运动速度 空速：飞机相对于气流的速度 地速的测量：线加速度积分法和多卜勒效应法
2013年8月8日 大气数据 32
空速的测量
飞机相对于气流的速度即为气流相对于飞机的速度