第1章 航空儀表基礎

1、民航飛機電氣儀表及通信系統(tǒng)民航飛機電氣儀表及通信系統(tǒng)（儀表部分）（儀表部分）課程名稱：課程名稱：主講：桑保華 南京航空航天大學民航南京航空航天大學民航/ /飛行學院飛行學院 授課方法：講授與討論相結(jié)合 聯(lián)系電話E-mail:飛行技術專業(yè)主干課程飛行技術專業(yè)主干課程第一章第一章: : 航空儀表基礎航空儀表基礎 簡要介紹航空儀表的分類、在座艙中的布局方簡要介紹航空儀表的分類、在座艙中的布局方式以及航空儀表技術的發(fā)展。式以及航空儀表技術的發(fā)展。 第二章第二章: : 大氣數(shù)據(jù)儀表大氣數(shù)據(jù)儀表 介紹各種飛行高度的定義，氣壓式高度表、無介紹各種飛行高度的定義，氣壓式高度表、無線電

2、高度表的測量原理和認讀方法；介紹空速表、線電高度表的測量原理和認讀方法；介紹空速表、指示空速表、馬赫數(shù)表及升降速度表等速度儀表的指示空速表、馬赫數(shù)表及升降速度表等速度儀表的測量原理和認讀方法。測量原理和認讀方法。 本冊共分本冊共分5 5章內(nèi)容章內(nèi)容 u介紹一類重要的慣性傳感器介紹一類重要的慣性傳感器陀螺的基陀螺的基本原理。本原理。u介紹轉(zhuǎn)彎儀、側(cè)滑儀和航空地平儀等典型介紹轉(zhuǎn)彎儀、側(cè)滑儀和航空地平儀等典型的姿態(tài)測量儀表。的姿態(tài)測量儀表。u介紹主流民航飛機上的主飛行顯示器。介紹主流民航飛機上的主飛行顯示器。第三章第三章: : 測量飛機姿態(tài)的儀表測量飛機姿態(tài)的儀表 第四章：測量飛機航向的儀表第四章：

3、測量飛機航向的儀表 u若干航向的定義。若干航向的定義。u基于地磁及陀螺原理，介紹磁羅盤、陀螺半羅盤和陀螺基于地磁及陀螺原理，介紹磁羅盤、陀螺半羅盤和陀螺磁羅盤。磁羅盤。u主流民航飛機上的導航顯示器。主流民航飛機上的導航顯示器。第五章第五章: 發(fā)動機儀表發(fā)動機儀表u介紹若干發(fā)動機參數(shù)的測量原理及相應的測量儀表，包介紹若干發(fā)動機參數(shù)的測量原理及相應的測量儀表，包括壓力表、溫度表、油量表、流量表、轉(zhuǎn)速表、振動指示括壓力表、溫度表、油量表、流量表、轉(zhuǎn)速表、振動指示器等。器等。u介紹主流民航飛機上使用的發(fā)動機指示與機組告警系統(tǒng)。介紹主流民航飛機上使用的發(fā)動機指示與機組告警系統(tǒng)。第第1 1章章 航空儀表基

4、礎航空儀表基礎測量、計算和自動調(diào)節(jié)航空器的運動狀態(tài)以及動力裝置的工作狀態(tài)。航空儀表的功用航空儀表的功用航空儀表航空儀表是航空器(本書專指民用飛機)上全部儀表的總稱。 航空儀表種類繁多，且主要安裝在飛機駕駛艙儀表航空儀表種類繁多，且主要安裝在飛機駕駛艙儀表板和操縱臺上。板和操縱臺上。 圖圖1.1.1 Cessna-172型飛機座艙儀表型飛機座艙儀表圖圖1.1.2 Boeing-737NG型飛機座艙儀表型飛機座艙儀表圖圖1.1.3 Airbus-320型飛機座艙儀表型飛機座艙儀表航空儀表的分類（按功能分類）航空儀表的分類（按功能分類）飛行儀表飛行儀表(駕駛領航儀表駕駛領航儀表) 發(fā)動機儀表發(fā)動機儀

5、表 其他設備儀表其他設備儀表航空儀表的分類（按原理分類）航空儀表的分類（按原理分類）測量儀表測量儀表計算儀表計算儀表調(diào)節(jié)儀表調(diào)節(jié)儀表在感受被測物理量的基礎上，經(jīng)過轉(zhuǎn)換在感受被測物理量的基礎上，經(jīng)過轉(zhuǎn)換(一種一種物理量轉(zhuǎn)換成另一種物理量物理量轉(zhuǎn)換成另一種物理量)、傳送、傳送(改變空改變空間位置間位置)，然后指示其參數(shù)。，然后指示其參數(shù)。測量儀表測量儀表典型的測量儀表有：典型的測量儀表有：大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)儀表大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)儀表( (高度類儀表、速高度類儀表、速度類儀表、大氣靜溫度類儀表、大氣靜溫/ /總溫表等總溫表等) )、姿態(tài)系統(tǒng)儀表姿態(tài)系統(tǒng)儀表( (地平儀、轉(zhuǎn)彎儀、側(cè)地平儀、轉(zhuǎn)彎儀、側(cè)滑儀等滑儀等)

6、 )、航向系統(tǒng)儀表、航向系統(tǒng)儀表( (磁羅盤、磁羅盤、陀螺磁羅盤等陀螺磁羅盤等) )。 典型的測量儀表有：典型的測量儀表有：航空發(fā)動機上，有如下測量儀表：燃油航空發(fā)動機上，有如下測量儀表：燃油/ /滑油油量表、燃油滑油油量表、燃油/ /滑油壓力表、燃油流滑油壓力表、燃油流量表、滑油溫度表、振動指示器等。針量表、滑油溫度表、振動指示器等。針對活塞式發(fā)動機，有螺旋槳轉(zhuǎn)速表、進對活塞式發(fā)動機，有螺旋槳轉(zhuǎn)速表、進氣壓力表、氣缸頭溫度表等；針對渦輪氣壓力表、氣缸頭溫度表等；針對渦輪螺旋槳發(fā)動機，有低壓螺旋槳發(fā)動機，有低壓/ /高壓渦輪轉(zhuǎn)速表、高壓渦輪轉(zhuǎn)速表、扭矩表、排氣溫度表等；針對渦輪噴氣扭矩表、排氣

7、溫度表等；針對渦輪噴氣發(fā)動機，有推力表、噴氣溫度表等。發(fā)動機，有推力表、噴氣溫度表等。按照一定的數(shù)學關系式，經(jīng)過自動計算指按照一定的數(shù)學關系式，經(jīng)過自動計算指示其參數(shù)。示其參數(shù)。典型的計算儀表有：典型的計算儀表有：大氣數(shù)據(jù)計算機、慣性導航系統(tǒng)等。大氣數(shù)據(jù)計算機、慣性導航系統(tǒng)等。它的工作過程除含有測量儀表的幾它的工作過程除含有測量儀表的幾個環(huán)節(jié)外，還包括計算環(huán)節(jié)個環(huán)節(jié)外，還包括計算環(huán)節(jié)在測量和計算某一對象在測量和計算某一對象(如飛機的運動或工如飛機的運動或工作狀態(tài)作狀態(tài))的基礎上，對它進行自動調(diào)節(jié)的基礎上，對它進行自動調(diào)節(jié)(即自即自動控制動控制)，使其按預定的規(guī)律工作。，使其按預定的規(guī)律工作。典

8、型的調(diào)節(jié)儀表有：典型的調(diào)節(jié)儀表有：偏航偏航/ /滾轉(zhuǎn)阻尼器、馬赫數(shù)配平系統(tǒng)、滾轉(zhuǎn)阻尼器、馬赫數(shù)配平系統(tǒng)、自動飛行系統(tǒng)、自動油門等自動飛行系統(tǒng)、自動油門等儀表安裝位置儀表安裝位置 駕駛艙儀表板（左、中、右、頂部）、操駕駛艙儀表板（左、中、右、頂部）、操縱臺、其它一些縱臺、其它一些需需要安裝儀表的地方要安裝儀表的地方安裝在便于準確測量被測參數(shù)的地方安裝在便于準確測量被測參數(shù)的地方大多安裝在電子設備艙大多安裝在電子設備艙儀表板排列原則l駕駛領航儀表：常用駕駛領航儀表：常用“T”T”形布局形布局l發(fā)動機儀表：便于觀察、比較，與發(fā)動機發(fā)動機儀表：便于觀察、比較，與發(fā)動機位置對應位置對應綜合顯示儀表一般布

9、局現(xiàn)代民用飛機大多裝備了綜合顯示系統(tǒng)。將若干分立式儀表改用陰極射線管(CRT)顯示器或液晶(LCD)顯示器綜合顯示。1.機長外側(cè)PFD顯示2.機長內(nèi)側(cè)ND顯示3.上顯示EICAS組件4.副駕駛內(nèi)側(cè)PFD顯示 5.副駕駛外側(cè)ND顯示6.下顯示EICAS組件航空儀表的發(fā)展-機械儀表階段 機械、分立、直讀式。結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、機械、分立、直讀式。結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低廉、準確性差成本低廉、準確性差航空儀表的發(fā)展航空儀表的發(fā)展-電氣儀表階段電氣儀表階段航空儀表的發(fā)展-綜合自動化儀表l 綜合指示、數(shù)量減少綜合指示、數(shù)量減少航空儀表的發(fā)展-電子顯示儀表l綜合化、數(shù)字化、標準化、多功能；時分制、綜合化

10、、數(shù)字化、標準化、多功能；時分制、顯示信息量大、自動化程度高顯示信息量大、自動化程度高航空儀表的未來發(fā)展l綜合化、智能化、充分考慮人機工效等綜合化、智能化、充分考慮人機工效等航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述 飛機運動狀態(tài)參數(shù)描述飛機運動狀態(tài)參數(shù)描述 將飛機視為剛體，以飛機將飛機視為剛體，以飛機重心為原點，從機頭貫穿到機重心為原點，從機頭貫穿到機尾的機身軸線定義為縱軸尾的機身軸線定義為縱軸(Ox(Ox軸軸) )，一般指向機頭為正；定，一般指向機頭為正；定義從左翼通過重心到右翼并與義從左翼通過重心到右翼并與縱軸垂直的軸定義為橫軸縱軸垂直的軸定義為橫軸(Oy(Oy軸軸) )，一般指向右側(cè)

11、為正。，一般指向右側(cè)為正。顯然，這兩根軸同處在一個平面內(nèi)。通過重心并和Ox、Oy軸相垂直的軸定義為立軸或豎軸(Oz軸)。顯然，Oz軸位于飛機的縱向?qū)ΨQ面內(nèi)。飛機在空中的運動可在橫軸、縱軸和立軸三個方向分解為沿此三軸的平動和繞三軸的轉(zhuǎn)動。 航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述 飛機運動狀態(tài)參數(shù)描述飛機運動狀態(tài)參數(shù)描述 飛機在鉛垂平面內(nèi)的運動，稱為縱向運動；反之，則飛機在鉛垂平面內(nèi)的運動，稱為縱向運動；反之，則稱為橫側(cè)運動。飛機繞機體縱軸、機體橫軸和機體立軸稱為橫側(cè)運動。飛機繞機體縱軸、機體橫軸和機體立軸的轉(zhuǎn)動，分別稱為滾轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動，分別稱為滾轉(zhuǎn)(roll)(roll)、俯仰轉(zhuǎn)動、俯仰轉(zhuǎn)動(

12、pitch)(pitch)和偏航和偏航(yaw)(yaw)。飛行員通過在座艙操縱各類駕駛桿、盤和方向舵。飛行員通過在座艙操縱各類駕駛桿、盤和方向舵腳蹬來操縱飛機，使其改變原有的運動狀態(tài)。腳蹬來操縱飛機，使其改變原有的運動狀態(tài)。 對于固定翼飛機而言，不可能沿對于固定翼飛機而言，不可能沿x x軸的反向運動軸的反向運動( (直直升機則可以升機則可以) )。沿三軸其他方向的平動則都是可能的。沿。沿三軸其他方向的平動則都是可能的。沿著著OyOy方向的平動將使飛機產(chǎn)生側(cè)滑運動，沿著方向的平動將使飛機產(chǎn)生側(cè)滑運動，沿著OzOz方向的方向的平動將使飛機產(chǎn)生上升或下降運動。平動將使飛機產(chǎn)生上升或下降運動。航空器

13、運動狀態(tài)參數(shù)描述航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述 飛機運動狀態(tài)參數(shù)描述飛機運動狀態(tài)參數(shù)描述 一般可將飛機在空中飛行的狀態(tài)用以下幾類參數(shù)描述：一般可將飛機在空中飛行的狀態(tài)用以下幾類參數(shù)描述：(1)(1)反映飛機位置的參數(shù)。如飛行高度反映飛機位置的參數(shù)。如飛行高度( (相對某一參照物的相對某一參照物的高度、真實高度等高度、真實高度等) )；飛機的位置；飛機的位置( (如經(jīng)緯度、相對某一導如經(jīng)緯度、相對某一導航點的位置航點的位置) )。(2)(2)反映飛機飛行速度的參數(shù)反映飛機飛行速度的參數(shù)( (如空速、地速、上升如空速、地速、上升/ /下降速下降速度、馬赫數(shù)等度、馬赫數(shù)等) )。(3)(3)反映飛機飛行姿態(tài)

14、的參數(shù)。在機體坐標系內(nèi)，有相對于反映飛機飛行姿態(tài)的參數(shù)。在機體坐標系內(nèi)，有相對于地面的俯仰角、滾轉(zhuǎn)角、偏航角；在氣流坐標系內(nèi)，有迎地面的俯仰角、滾轉(zhuǎn)角、偏航角；在氣流坐標系內(nèi)，有迎角、側(cè)滑角等。角、側(cè)滑角等。(4)(4)反映飛機姿態(tài)變化率的參數(shù)，如滾轉(zhuǎn)角速度、俯仰角速反映飛機姿態(tài)變化率的參數(shù)，如滾轉(zhuǎn)角速度、俯仰角速度、偏航角速度等。度、偏航角速度等。航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述 飛機運動狀態(tài)參數(shù)描述飛機運動狀態(tài)參數(shù)描述 對于上述各類飛行狀態(tài)參數(shù)，需要根據(jù)對于上述各類飛行狀態(tài)參數(shù)，需要根據(jù)各參數(shù)的物理特性，借助各種傳感測量各參數(shù)的物理特性，借助各種傳感測量技術，再基于現(xiàn)代電子電氣

15、技術和計算技術，再基于現(xiàn)代電子電氣技術和計算機技術進行變換、傳輸、計算及顯示。機技術進行變換、傳輸、計算及顯示。 航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述 發(fā)動機狀態(tài)參數(shù)描述發(fā)動機狀態(tài)參數(shù)描述 目前航空發(fā)動機有兩大類：航空目前航空發(fā)動機有兩大類：航空活塞發(fā)動機和航空燃氣渦輪發(fā)動機?；钊l(fā)動機和航空燃氣渦輪發(fā)動機。 前者多用于小型低速飛機上，后前者多用于小型低速飛機上，后者則廣泛應用于各類高速飛機上。者則廣泛應用于各類高速飛機上。航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述 1. 航空活塞發(fā)動機基本原理和狀態(tài)參數(shù)描述航空活塞發(fā)動機基本原理和狀態(tài)參數(shù)描述 活塞發(fā)動機不能直接產(chǎn)生使飛機前進的推力

16、或拉力，必須帶動空氣螺旋槳(飛機)或旋翼(直升機)，前者產(chǎn)生推力、拉力，后者產(chǎn)生升力和拉力?？諝饴菪龢话阌啥~、三葉或多葉槳葉組成。螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)時，將空氣推向后方，按照牛頓第三定律，空氣對槳葉施加反作用力，從而產(chǎn)生推力。 航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述 1. 航空活塞發(fā)動機基本原理和狀態(tài)參數(shù)描述航空活塞發(fā)動機基本原理和狀態(tài)參數(shù)描述 活塞發(fā)動機在工作時，活塞不斷重復進氣、壓縮、膨脹和排氣4個行程。進氣行程是將氣缸內(nèi)充滿新鮮的油氣混合氣，通過壓縮行程將氣體壓力、溫度升高。在壓縮行程末期，電嘴跳火，混合氣燃燒釋放出熱能，氣體壓力、溫度急劇升高，從而推動活塞做功，完成膨脹行程。最后經(jīng)

17、排氣行程將廢氣從氣缸派出。排氣行程結(jié)束后，又重復進行下一個工作循環(huán)。航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述 1. 航空活塞發(fā)動機基本原理和狀態(tài)參數(shù)描述航空活塞發(fā)動機基本原理和狀態(tài)參數(shù)描述 活塞式發(fā)動機需要測量的運行狀態(tài)參數(shù)包括：(1)發(fā)動機本體的各類溫度(如氣缸頭溫度、排氣溫度)、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機振動狀態(tài)等。這類參數(shù)對于監(jiān)控活塞發(fā)動機的工作正常與否具有重要意義。(2)燃油的壓力、油量和流量。(3)滑油的壓力和溫度。燃油、滑油系統(tǒng)是發(fā)動機重要的附件系統(tǒng)。一般的活塞式發(fā)動機儀表配置圖一般的活塞式發(fā)動機儀表配置圖航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述航空器運動狀態(tài)參數(shù)描述 2.航空燃氣渦輪發(fā)動機基本原理和狀態(tài)參數(shù)描述航空燃氣渦輪發(fā)動機基本原理和狀態(tài)參數(shù)描述 現(xiàn)代大型民用飛機發(fā)動機大多裝備了渦輪風扇發(fā)動機或渦輪噴氣發(fā)動機。以渦噴發(fā)動機為例，主要由進氣道、壓氣機、燃燒室