民航機(jī)載電子設(shè)備與系統(tǒng)(第1章)

第一章發(fā)動機(jī)狀態(tài)測量及儀表房瑋

測量參數(shù)(1)燃油壓力(2)滑油壓力(3)噴氣溫度(4)滑油溫度(5)渦輪軸和曲軸轉(zhuǎn)速(6)燃油油量(7)燃油流量(8)發(fā)動機(jī)振動量壓力進(jìn)氣壓力表

指示發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管中的氣體壓力，是一種絕對壓力表。由進(jìn)氣壓力探頭、傳壓管和真空膜盒式壓力表組成。壓力比表

測量噴氣式發(fā)動機(jī)中噴氣總壓和進(jìn)氣總壓的比值。根據(jù)這一壓力比值和其他有關(guān)參數(shù)可以比較準(zhǔn)確地估計噴氣發(fā)動機(jī)的推力（或功率）。它是一種伺服儀表，主要由壓力探頭、壓力比傳感器、指示器等組成。（壓力探頭包括一個進(jìn)氣壓力探頭和若干個噴氣壓力探頭，噴氣壓力探頭分布在尾噴管某一段的四周，以收集噴氣的平均總壓）。進(jìn)氣壓力探頭和噴氣壓力探頭感受的壓力由管路傳送到壓力比傳感器，（中間環(huán)節(jié)）經(jīng)過計算得到與壓力比有關(guān)的信號，傳送給指示器顯示壓力比值。

溫度滑油溫度表

潤滑油對支撐軸承冷卻相當(dāng)于熱交換，了解發(fā)動機(jī)潤滑情況測滑油溫度。一般采用電阻式溫度表。發(fā)動機(jī)滑油進(jìn)口前的滑油溫度反映潤滑系統(tǒng)的工作狀況，而出口處的滑油溫度反映發(fā)動機(jī)的運轉(zhuǎn)狀況。一般是測量出口處的滑油溫度。汽缸頭溫度表

測量活塞式發(fā)動機(jī)汽缸頭的溫度，是一種熱電式溫度表。為了改善感溫元件與汽缸頭表面間的熱交換條件，感溫?zé)犭娕嫉臒峤狱c焊在紫銅環(huán)上，組成面接觸式熱電偶。這種溫度表采用直流毫伏計作為指示器，并按溫度刻度。

噴氣溫度表

測量噴氣式發(fā)動機(jī)尾噴管中噴氣的平均總溫，用以檢查高溫區(qū)的部件(如渦輪葉片等)所承受的熱負(fù)荷和推算發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的推力或功率，從而了解發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)。它是一種熱電偶式溫度表。總熱電勢與平均溫度成比例，故毫伏表經(jīng)校準(zhǔn)后可直接指示平均溫度。油量燃油油量表

測量飛機(jī)油箱中的總油量、主油箱中的貯油量，還能發(fā)出剩余油量極限告警信號。燃油油量是估計飛機(jī)可續(xù)航時間、可續(xù)航距離和檢查供油管路、保證飛行安全的重要參數(shù)。流量燃油流量表

單位時間的耗油量和總耗油量是保證飛行安全、考核發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)效果和調(diào)整發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)的重要參數(shù)。常用的流量表都由傳感器和指示器兩部分組成。飛機(jī)上使用的流量表主要有兩類：一類是渦輪流量表，用于測量單位時間消耗燃油的體積；另一類是質(zhì)量流量表，它能測量單位時間消耗燃油的質(zhì)量，精度較高而且不受溫度等因素的影響。

轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速表

用以測量發(fā)動機(jī)主軸（燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)測渦輪軸）或曲軸的轉(zhuǎn)速（對于直升機(jī)還測量旋翼轉(zhuǎn)速）。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速是檢查發(fā)動機(jī)功率(或推力)和發(fā)動機(jī)各部件所承受載荷的重要參數(shù)。飛機(jī)上廣泛采用磁轉(zhuǎn)速表，它由傳感器和指示器組成。傳感器是一個小型三相同步發(fā)電機(jī)，由發(fā)動機(jī)帶動；指示器由同步電動機(jī)和測量組件構(gòu)成。

振動航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)是一個高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，轉(zhuǎn)子雖然經(jīng)過較嚴(yán)格的平衡，但工作是還有或大或小的振動現(xiàn)象，發(fā)動機(jī)振動主要是發(fā)動機(jī)工作時收到各種激振力所致。比如轉(zhuǎn)子不平衡時的機(jī)械激振力。發(fā)動機(jī)振動時，會使軸承加速磨損，零部件疲勞損傷，發(fā)動機(jī)壽命縮短，飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減弱，增大噪音等。因此，現(xiàn)代飛機(jī)上都裝有測振儀表，隨時監(jiān)視發(fā)動機(jī)的振動量，及時判斷故障，預(yù)報早期損傷，確定發(fā)動機(jī)的返修周期和使用壽命。第一節(jié)壓力的測量第三節(jié)轉(zhuǎn)速的測量第二節(jié)溫度的測量第四節(jié)油量的測量第五節(jié)振動的測量第六節(jié)流量的測量定義：液體或氣體介質(zhì)垂直作用在物體單位面積上的力稱為壓強(qiáng)，工程技術(shù)上稱之為壓力。通常情況下工程技術(shù)中研究超出大氣壓力的壓力，所以使用的儀表也往往直接指示超出大氣壓力的數(shù)值。。

第一節(jié)壓力的測量壓強(qiáng)的概念幾個名詞的定義什么時候是負(fù)壓和真空？航空上常用的幾種壓力單位制（1）工程大氣壓在1平方厘米的面積上作用了1公斤的壓力。（2）毫米液柱以液柱（汞或水）高度來表示壓力的大小。（3）磅力/英寸2在1平方英寸的面積上作用1磅力的壓力，以psi表示。航空上常用的幾種壓力單位制（4）巴：1平方厘米面積上作用1達(dá)因的壓力，以bar表示。（5）帕斯卡1平方米的面積上作用1牛頓力，以Pa表示，國際單位制。儀表分類：按用途分為滑油壓力表、燃油壓力表、氧氣壓力表、冷氣壓力表及座艙壓力表等；按電源形式分為直流式和交流式；按原理分為機(jī)械式壓力表、電氣式壓力表、伺服式壓力表及數(shù)字式壓力表等。

第一節(jié)壓力的測量第一節(jié)壓力的測量一、進(jìn)氣壓力表進(jìn)氣壓力是指氣體進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸前在進(jìn)氣管處的壓力。進(jìn)氣壓力越高，進(jìn)入氣缸的氣體比重越大，充填量越大；進(jìn)氣壓力越小，充填量越小。為了使進(jìn)氣壓力較為直接反映充填量的變化，反映發(fā)動機(jī)的功率，所以在測量進(jìn)氣壓力時采用真空膜盒測量絕對壓力。一、進(jìn)氣壓力表第一節(jié)壓力的測量1.膜盒式壓力表：

它是以真空膜盒、開口膜盒為彈性敏感元件的壓力表。膜盒在被測壓力的作用下產(chǎn)生位移，經(jīng)過放大傳動機(jī)構(gòu)帶動指針指出被測壓力大進(jìn)氣小。真空膜盒式壓力表可以測量絕對壓力，開口膜盒式壓力表可以測量相對壓力(壓差)圖1-1-1膜盒式壓力表真空膜盒，測量絕對壓力開口膜盒,測量相對壓力真空測量絕對壓力迎面氣流感受與高度相關(guān)的靜壓感受迎面氣流的壓力進(jìn)氣壓力表測量活塞式發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管中的進(jìn)氣壓力，它與轉(zhuǎn)速表配合，可以反映活塞式發(fā)動機(jī)的功率。當(dāng)發(fā)動機(jī)未工作時，進(jìn)氣壓力表指示當(dāng)時場壓；發(fā)動機(jī)工作時，指示進(jìn)氣壓力值。（一）直流二線式壓力表（二）交流二線式壓力表（三）交流感應(yīng)式壓力表二、電動壓力表電動壓力表用來測量燃油壓力、滑油壓力、螺旋槳扭矩和儲壓器壓力。二、電氣式壓力表第一節(jié)壓力的測量1.直流二線式壓力表：

它是由傳感器和指示器兩部分組成。傳感器的作用是將感受到的壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出；指示器是一個電流比值表，將電信號指示。氣流氣流小，膜片位移小，D停在上邊，Rx小，Ry大（一）直流二線式壓力表固定電阻可變電阻線框溫度補(bǔ)償電阻膜片電刷流體壓力入口流過線框的電流取決于A、C兩點間的電位A、C兩點間的電位取決于電刷在電阻上的位置，取決于Rx、Ry的大小。儀表的電路是一個電橋R1，R2是固定橋臂Rx，Ry是電橋的可變橋臂R3+R4是溫度補(bǔ)償電阻直流二線式壓力表由于電刷和電阻之間的摩擦磨損和接觸不良，可能使指針擺動，影響儀表正常工作。二、電氣式壓力表第一節(jié)壓力的測量2.交流二線式壓力表：

它由傳感器和指示器兩部分組成。傳感器主要有膜片和將位移轉(zhuǎn)換為電感的轉(zhuǎn)換器，指示器與直流二線式壓力表相似，只是多了一對鍺整流器。（二）交流二線壓力表利用膜片感受流體壓力后的變形來改變活動銜鐵與固定鐵心間的相對位置，以期達(dá)到改變固定鐵心上線圈的感抗，從而改變指示器中兩線圈的電流比，使指針指示相應(yīng)的壓力。工作原理圖1-1-4交流二線式壓力表活動銜鐵鐵芯線圈1線圈2電源變壓器整流管當(dāng)流體壓力較小時，間隙2<間隙1,L2>L1,UA<UC，指針指在較小的位置L1L2流體壓力入口電流大電流小壓力增加活動銜鐵右移間隙變小間隙變大當(dāng)兩間隙相等時，兩線圈電感相等，A、C點電位相等，指針在中間當(dāng)流體壓力較大時，間隙2>間隙1,L2<L1,UA>UC，指針指在較大的位置L1L2流體壓力入口電流小電流大第二節(jié)測量推力的儀表推力是發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的推動飛行器運動的力，是氣流作用在發(fā)動機(jī)內(nèi)、外表面上各種力的合力。推力表是了解渦輪噴氣發(fā)動機(jī)功率的儀表。飛行員根據(jù)推力表的指示調(diào)節(jié)油門，可以在不同飛行階段保持發(fā)動機(jī)應(yīng)有的推力。目前，推力都是采用間接方法測量。由于推力與發(fā)動機(jī)進(jìn)口壓力和渦輪出口壓力有關(guān)，與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速N1有關(guān)。因此測量推力的儀表就有壓力比表、壓力差表和N1轉(zhuǎn)速表。現(xiàn)代民航機(jī)大多使用壓力比表和N1轉(zhuǎn)速表。發(fā)動機(jī)壓力比與推力的關(guān)系根據(jù)噴氣發(fā)動機(jī)原理，推力是氣體給發(fā)動機(jī)的反作用力，它的大小等于發(fā)動機(jī)給氣體的作用力，取決于壓氣機(jī)進(jìn)口的全壓和渦輪出口的全壓，以及飛行速度。也就是說，推力是壓力和飛行馬赫數(shù)的函數(shù)，即R=f(P1/P2,M）當(dāng)飛行馬赫數(shù)不變時，發(fā)動機(jī)的推力只與壓力比有關(guān)。因此，這種儀表也別稱為壓力比表。壓力比表工作原理壓力比表又稱為EPR表，由傳感器和指示器兩部分組成。傳感器由兩個開口膜盒、差動電容變換器、同步發(fā)送器等組成。指示器由同步接收器、指示機(jī)構(gòu)、調(diào)定旋鈕等組成。發(fā)動機(jī)工作時，渦輪排氣全壓和壓氣機(jī)進(jìn)氣全壓分別進(jìn)入兩個開口膜盒，膜盒的位移使杠桿按壓力比值P1/P2轉(zhuǎn)動。杠桿又帶動差動電容器的動極板移動，使電橋的一個電容增加，一個電容減小，其變化量和杠桿位移成比例，也就是和壓力比成比例。容抗變化產(chǎn)生輸出信號，經(jīng)放大后使電機(jī)工作。電機(jī)由定子輸出和壓力比成比例的電壓信號，這個信號傳送到指示器的同步接收器，帶動指針，指示出壓力比值。溫度是表示物體冷熱程度的物理量，在飛機(jī)上了解發(fā)動機(jī)的工作狀況，需要測量噴氣溫度或氣缸頭溫度；為了了解發(fā)動機(jī)潤滑情況，需要測量滑油溫度。此外還有大氣溫度、座艙溫度、防冰溫度等。這些溫度信號回送到儀表指示、自動控制系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)自動調(diào)節(jié)裝置等。

第二節(jié)溫度的測量一、高速氣流溫度的測量第二節(jié)溫度的測量1.高速氣流的全受阻溫度和動力溫度：

飛機(jī)以高速飛行時，就相當(dāng)于飛機(jī)不動而氣流以同樣的高速流過飛機(jī)，從而形成高速氣流。用感溫元件感受氣流溫度時，由于氣流會與感溫元件發(fā)生激烈的碰撞和摩擦，產(chǎn)生大量的熱，從而使感溫元件所感受的溫度高于氣流溫度。一、高速氣流溫度的測量第二節(jié)溫度的測量1.高速氣流的全受阻溫度和動力溫度：全受阻溫度定義：

當(dāng)高速氣流流過感溫元件時，必有一部分氣流垂直流向感溫元件表面。這部分氣流與感溫元件相撞，速度降為0。假設(shè)氣流在流動過程中沒有與外界發(fā)生熱量交換，只是將動能全部轉(zhuǎn)化為熱能，使氣流溫度升高。

把氣流速度降到0那點的溫度稱為全受阻溫度，也稱總溫。全受阻溫度比氣流的靜溫高，氣流因受阻而升高的溫度稱為動力溫度，它等于全受阻溫度與氣流的靜溫之差。圖1-2-2附面層氣體具有粘滯性，速度為零。速度差氣流速度變化較大的薄氣層稱為附面層。動力溫度

氣流因受阻而升高的溫度稱為動力溫度，它是全受阻溫度與氣體靜溫之差。以上分析可知，全受阻溫度(Tt)等于靜溫(TH)與動力溫度(△T)之和，即影響動力溫度的因素1、馬赫數(shù)M2、靜溫M=0.5，動力溫度的影響幾乎等于零M=1.5，動力溫度為靜溫的45%M=2.3，動力溫度達(dá)到靜溫的一倍以上。結(jié)論：測量高速氣流時絕對不能忽略動力溫度的影響。

全受阻溫度公式：（二）測量高速氣流溫度的感溫元件音速型拉瓦爾管：利用氣流的內(nèi)摩擦感受全溫。阻滯型熱電式感溫棒全溫探頭利用氣流正面沖擊感受全溫1、熱電式感溫棒應(yīng)用：測量發(fā)動機(jī)排氣溫度實際溫度r阻滯系數(shù)r的物理意義：動能轉(zhuǎn)換為熱能的程度。什么是二次阻滯？一、高速氣流溫度的測量第二節(jié)溫度的測量2.測量高速氣流溫度的感溫元件b.拉瓦爾管：

橫截面沿軸向先收斂后擴(kuò)散的管子，感受溫度的電阻絲絕緣地繞于管子的最小截面（喉部）處。氣流流過管子喉部時，形成附面層，與管壁進(jìn)行能量交換，其中最靠近管壁的層面速度幾乎降為0，使管壁溫度升高，喉部的溫度接近全受阻溫度。

特點：氣流速度=臨界M數(shù)，喉部流速M=1

氣流速度>臨界M數(shù)，喉部流速穩(wěn)定M=12、拉瓦爾管喉部的溫度接近全受阻溫度品質(zhì)系數(shù)大氣溫度活塞發(fā)動機(jī)的汽缸頭溫度熱電偶的兩根電極焊在銅片上，裝在發(fā)動機(jī)電嘴下緊貼氣缸。指示器裝在駕駛艙儀表板，它實質(zhì)上是一個刻度為溫度的毫伏表。（三）排氣溫度表組成熱電式感溫棒連接導(dǎo)線指示器測量發(fā)動機(jī)排氣溫度平均值。多個安裝在發(fā)動機(jī)尾噴管四周。工作原理熱電偶溫度表的傳感器是一個熱電偶，當(dāng)熱電偶兩接點的溫度不同時，回路中便產(chǎn)生熱電勢。如果保持熱電偶冷端的溫度不變，則熱電勢只隨熱端溫度的變化而變化。因此，用一個以溫度為刻度的電壓表，就可以測量熱電勢的大小。測量發(fā)動機(jī)噴氣溫度時，一般把熱電偶的熱端裝在一個耐熱不銹鋼管中，并沿著與氣流垂直的方向插在發(fā)動機(jī)尾噴管中。當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時，熱電偶的熱端溫度升高，產(chǎn)生熱電勢。于是指示器的線框中便有電流流過，這個電流所產(chǎn)生的磁場與永久磁鐵所產(chǎn)生的磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，使活動線框轉(zhuǎn)動。在線框轉(zhuǎn)動的同時，轉(zhuǎn)軸上的游絲便產(chǎn)生反作用力矩。排氣溫度表原理反作用力矩與電磁力矩平衡時指針不轉(zhuǎn)永久磁鐵產(chǎn)生磁場熱電偶電勢產(chǎn)生磁場二、低速流體溫度的測量低速流體測溫常采用導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻為感溫元件，溫度表的測量電路多用電橋?qū)崿F(xiàn)。利用電阻隨溫度而變化的特性制成的溫度表稱為電阻式溫度表。最常用的是雙對角線不平衡電橋和惠斯通電橋。尾噴管內(nèi)的四周安裝了十根熱電偶。它的補(bǔ)償導(dǎo)線用銅和康銅制成。指示器是毫伏表，按溫差電動勢關(guān)系進(jìn)行指示。座艙溫度低速流體溫度滑油溫度燃油溫度用導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻感溫感溫元件的暴露部分越少越好盡可能加大感溫棒插入流體部分電阻式溫度表由傳感器和指示器組成。測量低速流體溫度時，傳感器是一個感溫棒。金屬導(dǎo)體的熱電阻的結(jié)構(gòu)比較簡單，一般都是將電阻絲繞在云母或石英、陶瓷、塑料等絕緣骨架上，經(jīng)過固定，外面加上保護(hù)套管，并在電阻絲和套管間填上導(dǎo)熱材料。電阻式溫度表測量電路形式很多，常用的有半對角線電橋、雙對角線電橋等。對稱半對角線電橋電流測量溫度的原理與直流二線式壓力表測量壓力的分析方法相似，不同的是A、C點的電位高低是隨感溫電阻值而變化的。雙對角線不平衡溫度升高，A點電位升高，B、C兩點電位基本不變。B、A之間的電位差減小，A、C之間的電位差增大。第三節(jié)轉(zhuǎn)速的測量磁轉(zhuǎn)速表是目前采用較多的轉(zhuǎn)速表?；驹硎嚼脤?dǎo)體在做切割磁力線運動時會產(chǎn)生電流的特性。SNNS發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)軸電動機(jī)轉(zhuǎn)軸磁轉(zhuǎn)子線圈磁轉(zhuǎn)速表的工作原理磁轉(zhuǎn)速表的工作過程包括：傳送、感受、轉(zhuǎn)換和指示四個環(huán)節(jié)。傳送：由三相交流發(fā)電機(jī)和同步電動機(jī)組成，傳送轉(zhuǎn)速；感受：由磁鐵和渦輪盤組成，產(chǎn)生渦流電磁力矩；轉(zhuǎn)換：由渦輪盤和游絲組成，將渦流電磁力矩轉(zhuǎn)化為角度；指示：由指針和刻度盤組成。圖1－3－1原理圖圖1－3－2渦流產(chǎn)生示意圖第四節(jié)油量的測量飛機(jī)工作時需要不斷的消耗燃料，油箱中油面不斷降低，油量不斷減少。通過測量油面高度的方法來達(dá)到測量油量的目的。目前主要采用兩種方法：一是“浮子”式油量表，將油面的高度轉(zhuǎn)化為浮子的位移；二是電容式油量表，將油面的高度轉(zhuǎn)化為電容量的大小。第四節(jié)油量的測量一、浮子式油量表(一)基本原理：由傳感器和指示器組成。其中傳感器包括浮子、傳動機(jī)構(gòu)和電位器，指示器是電磁動框式流比計。工作時，通過電刷位置的變化來調(diào)整Ⅰ、Ⅱ線框的電流值，從而破壞了既有的平衡關(guān)系，于是線框通過轉(zhuǎn)動尋找新的平衡點，指示油量變化。浮子電刷剩油警告燈R1R2R3R4R5RxRyRmⅠⅡ浮子式油量表原理l1、l2表示線框有效長度。平衡關(guān)系：(二)、總油量表能同時測量全部油箱總油量和各組油箱分油量的油量表，簡稱為總油量表。它是由數(shù)個傳感器、一個指示器和一個轉(zhuǎn)換電路組成的。每個油箱需要一個傳感器，相互串聯(lián)即可。測總油量及第二組油箱油量原理圖R1R2R3R4R5RmⅠⅡR6R7ⅠⅢⅡ二、電容式油量表利用電容傳感器把油面高度轉(zhuǎn)換為電容，再利用自動平衡電橋測量電容大小來表示相應(yīng)的油量。油量是根據(jù)電橋的平衡狀態(tài)來指示的，平衡條件如下：電容式油量表運放電機(jī)R1R2C1CgR3第五節(jié)振動的測量振動會導(dǎo)致軸承磨損加劇、零部件疲勞損傷、發(fā)動機(jī)壽命縮短、飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減弱和噪聲增大等不利影響。一、振動指示參數(shù)所謂機(jī)械振動就是指物體相對于參考位置周期性運動的現(xiàn)象。大多數(shù)發(fā)動機(jī)測振采用振幅S或振動載荷系數(shù)G作為指示參數(shù)，