軍事 軍事文摘
飛機前面的“長矛”是用來幹什麼的?
華夏經緯網   2019-07-26 14:58:06   
字號:

——從空速管說飛機的速度

空速管可折疊的飛機。

我們小時候經常能在公園堿搢儢閃閃的退役戰鬥機,戰鬥機前面都有一根“長矛”,有些還可以折上去。那麼這根“長矛”是用來做什麼的呢?

那根“長矛”就是空速管。什麼是空速管呢?就是用來測量飛機在空中飛得多快的設備。在空速管的正面和側面分別開了一組口子,正面叫“總壓管”或者 “全壓管”,可以理解為測量正面風吹來的壓力;側面是“靜壓管”,測量“沒有風時‘靜止’空氣的壓力”。那麼兩者結合,就能計算出正面壓力埵釵h大的成分是“由於飛機向前飛”帶來的“動壓”了,從而計算出飛機飛得有多快。其實和我們騎自行車的時候靠臉感受風有多大估計車速一個原理,就是精密一點。

不過這種基於“動壓”計算出的速度只能反映出“飛機在當地空氣中感受到的速度”,被稱為“表速”或者“指示空速/示空速(IAS)”。這個“當地” 不是指飛機飛的地方比如說北京還是紐約這種地理上的地方,而是指飛機周圍的空氣,代表了空氣的密度、溫度等相關參數。表速反映了飛機和周圍空氣的相對作用力,飛機飛行的升力、阻力等都和這個表速代表的動壓密切相關。因此表速對飛機飛行動作影響是很大的——多大速度下轉彎半徑最小轉得最快,多大速度下拉筋斗不會在筋斗頂上速度不夠提供升力摔下來,多大速度可以安全降落,都得看表速;飛機的起降速度、最小平飛速度之類的跟中低速飛行有關的速度指標,一般說的也是表速。表速根據空速管形狀、安裝位置、飛機迎角等參數進行進一步的修正以後稱為“校準空速”(CAS),現代化的飛機都裝備大氣數據電腦對上述誤差進行了修正,因此說表速一般都指的是修正後的CAS。

殲7某型號座艙。

至於如果拿這個速度去計算從北京飛到紐約要多久,那是相當沒譜的——因為這個速度和相對地面的速度差遠了。表速需要根據溫度、高度的修正——也就是當地空氣環境和標準大氣環境的換算,才能得到相對周圍空氣移動的真實速度,稱為“真空速”(TAS)。

真空速和表速有什麼區別呢?如果我們做物理題,把空氣視為一個坐標係,那麼真空速就是飛機相對於這個坐標係的速度了。然而空氣密度是隨高度上升而越來越稀薄的,溫度也越來越低,因此高度越高大氣壓也越低,飛機就需要相對空氣坐標係飛得越來越快,才能達到相同的表速,獲得相當的空氣動力來提供支援飛機飛行和機動的升力,以及各種改變姿態的舵面控制力。真空速一般是通過表速和根據氣壓/溫度查大氣條件數據庫中獲得的空氣密度共同折算出來的,通常而言,在高度近海平面並且溫度適中(也就是和標準大氣環境相近)的時候,表速和真空速的值基本一樣;要達到相同的表速,高度越高需要的真空速越大。反過來,表速就是“根據大氣數據折算出的,在海平面標準大氣環境下能和當前大氣環境下的真空速產生相同氣動效果的速度”。

民航機的爬升策略,可見馬赫數相同時的真空速在對流層隨高度略微降低,到平流層以後基本成正比。

和表速與真空速相關還有個概念叫“馬赫數”,也就是我們說到戰鬥機時常說的“馬赫”(Mach,M)。馬赫數沒有單位,因為它是指飛機真空速相對於當地(空氣密度和溫度下)聲速的比值。之所以有這個概念,是因為空氣和水不一樣,是可以壓縮的——因此高速飛行時的速度計算需要把空氣的可壓縮效應考慮進去,表示壓縮效應的參數就是馬赫數了。飛得越快,由於壓縮性效應導致的氣動力影響也就越大,表速對飛機飛行狀態反映的誤差也越大;同時隨著飛行高度的上升,真空速與表速差距也越大,空氣溫度也越來越低,聲速越來越慢,同樣表速時的馬赫數也越來越大(空氣越稀薄越好壓縮),最後表速看著還在極限範圍以內,馬赫數產生的壓縮激波效應就已經把飛機撕碎了,這也就是“音障”的來源。所以高空高速飛行的時候,馬赫數就取代表速成為了用來參考飛機飛行控制的速度參數了——當達到一定的高度或者速度的時候飛行員就要從參考表速換成參考馬赫數,有的空速表還有自動轉換功能,比如在真空速達到300節(大約555千米/ 時)或氣壓高度達到260FL(26000英尺,大約7800米)時自動把表速顯示切換成馬赫數顯示,當然飛行員也可以自己切換。另外,由於空氣越稀薄馬赫數越高,經常看到彈道導彈彈頭再入和高超聲速飛行器飛到馬赫數十幾、二十,其實因為高度一般都很高,折算出來的表速並沒有想像的那麼高。要是在低空也那麼大馬赫數,早就超過表速限制了。

地球上是有風的,換句話說如果以我們現在所在的這個空間位置作為空氣坐標係的原點,真空速是我們相對於這個原點的速度——但是這個坐標係本身是會被風吹跑的。所以飛機相對地面的速度,也就是“地速”(GS),和真空速比起來相對而言還需要考慮我們所在的地方(位置、高度)的風速向量合成,這兩個速度合起來才是你可以用來算里程的速度。比如真空速500千米/時,然後一路順風風速100千米/時,那實際一小時就跑了600千米路,反過來就只能跑400 千米了。要是這100千米是橫風,還得把方嚮往回修,畢氏定理算算最後只能飛489千米了。

地速和真空速、表速的關係也可以回答另一個問題:理論上如果是在地面(差不多標準大氣壓),風大到比起飛表速都大的話,把飛機逆風停是真的可以地速為0原地起飛的。由於風速很難測——靠地面氣象臺測的風速跟航線上的風速可能差出很遠,所以地速其實靠領航員看地標在地圖上算、靠多普勒雷達直接測地速甚至靠GPS會更靠譜一點。

最後關於速度說一下速度的單位。除了一般的公制(高度用米/m,距離用千米/km,速度一般用千米每小時/kph)和英制(高度用英尺/ft,距離用英里/mile,速度用英里每小時/mph)以外,還有一個航海單位制(距離用海/nmile,速度用節/kt)。航海單位實際上也是公制的一部分,特點是單位以地球經緯計算為基礎來源——1海媯巧顗u著經線跑一個緯度分的平均距離,也就是地球周長的1/(360×60),各國取1.851千米到 1.856千米之間,標準值是1.852千米。1節也就是1海堥C小時,名字來源於古代水手用打結的繩子扔在船的後面拖進水堙A數一段時間埵釵h少個繩結被水的阻力拖下水來計算航速。航海單位好處就是以經緯度做基礎,結合航向和三角函數很方便計算地圖上兩個坐標之間沿著直線(準確地說是大圓航線)按一定速度要跑多久的問題,因此在繞著地球跑的航空和航海導航中廣泛應用。所以表速真空速有用kph或者mph也有用kt的,但是算地速大家都喜歡用kt。

通過動壓轉換空速。實際飛機儀錶還要複雜些,有一些別的修正量。

所以可見飛機的速度是一個十分複雜的概念,從原始測量數據到最終使用的數據的計算過程,每一個環節都可以導出一個讀數。我們開車看速度只用看一根針,開飛機要不超速不開過站得記了兩個限速看四根針——做飛行動作看表速,防超速看表速和馬赫數,算里程看真空速和地速。這也是為什麼早期飛機的座艙都跟開鐘錶鋪一樣塞滿了各種儀錶,飛長途特別是飛海上還需要專門的領航員,因為不只是速度、高度、航向、姿態等各種參數都有類似的一大堆,還有飛機各種設備的狀態和控制……好在現在都用顯示屏可以在不同的時候選擇顯示不同的有用的參數了,但是作為飛行員還是得掌握很多的飛行計算的知識和方法,才能安全飛行,起落平安。

至於空速管上的幾個小翼片,是用來測量飛機飛行的迎角和側滑角的。迎角(或稱攻角)和側滑角反映的是飛機相對於前方吹來氣流方向的(而不是相對地球的)角度,或者說機身軸線指向與飛機速度指向之間的夾角。其中,迎角指的是氣流向量與飛機坐標係在垂直面上的投影,而側滑角則是在水準面的投影——通俗來講,如果你在水準向前的話,迎角和側滑角就是用來判斷你是不是在抬著頭飛或者低著頭飛,或者側著身子歪著飛的。飛機飛行時,氣流吹過空速管上的水準和垂直安裝的小翼片,翼片就會順著氣流方向轉過一個角度,於是就可以通過測量這個角度獲得飛機的迎角和側滑角了。

到了現代最新的飛機的設計,由於電子技術的進步、雷達探測能力和隱身要求的提高,越來越多的新型戰鬥機已經開始取消在機頭前方那根長長的空速管,而採用分散在機頭不同位置的皮託管壓力感測器、迎角側滑角感測器組成的分佈式大氣數據系統來綜合得出飛機的速度和仰角側滑角資訊了,不過基本的原理還是這些。(航空工業成都所 熊青岳 中國航空報

 

責任編輯:胡光曲

共1頁
  網友評論 更多評論>>>
  網友: 口令:   
 
 
 
  已有( ) 條評論 剩餘 字 驗證碼:    
 
相關文章
   
·未來預警機會是什麼樣?反隱形同時還能中段制導
·全球擁有預警機國家地區達23個 呈現小型化趨勢
·未來空戰預警機成重要角色 配合隱形機吊打對手
·歐洲多國聯合研發六代戰機的戰略企圖能否如願
·殲8首飛50年留下“彩蛋” 艦載隱身無人機出場
·初教-6——“老兵”傳奇在延續
·歐洲一款第六代戰鬥機預計2026年首飛
·雙座版梟龍戰機亮相巴黎航展 專家稱可遠程轟炸
·“梟龍”亮相巴黎航展 物美價廉銷售前景良好
·“梟龍”再次“起舞”藍天
·有限“創新”!法德聯研6代機 號稱可遙控無人機作戰
·被嘲“巴黎附近的膠合板” 法德6代機很差麼?
最新酷圖
  更多
兵器大觀
  更多
VP-11防雷車
導彈護衛艦衡水艦
導彈驅逐艦西安艦
“臨汾”號護衛艦
熱點新聞排行
   
日親潮級潛艇將裝瑞典斯特林發動機
律師“探監祝壽”並與薩達姆長談六小時
2009年前俄羅斯將至少發射11顆衛星
美軍司令稱終統不利兩岸關係
烏克蘭總統因刻赤海峽危機中斷南美行
潛艇走俏亞太國家:日潛艇技術始終居世界前
對華軍售禁令-中歐關係發展的絆腳石
進行中的伊拉克空戰:地面部隊主導空中行動
9?11事件四週年:我們的悲傷開始"摻水
伊拉克境內反美力量“越剿越強”
網上談兵
  更多
軍事觀察
  更多
中美擦槍走火可能性增
美軍近期在南海舉行了頻繁的艦機抵近偵察行動和前所未有的軍事演習,並且拉攏日、澳在南海地區對中國進行圍堵。
大國長劍:盤點火箭軍
火箭軍是中國軍隊戰略威懾的核心力量,是我國大國地位的戰略支撐,是維護國家安全的重要基石。
戰爭回顧
  更多
北韓戰爭爆發60年
60年一甲子,戰爭的陰霾始終籠罩在北韓半島上空,直至今天,傷痛依舊。
崑崙關戰役
1939年12月爆發的崑崙關戰役是中國軍隊對日軍攻堅作戰的首次重大勝利。
  精彩視頻   更多
軍事頻道
大陸軍情 | 台灣軍情 | 國際軍情 | 周邊軍情 | 軍事文摘 | 軍事鉤沉 | 戰爭回顧 | 兵器大觀 | 最新酷圖 | 臺軍資料庫 | 軍事文藝 | 軍事遊戲
---華夏經緯網版權所有---