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第三章 飞行基本领航元素及测量ppt

发布时间:2019-10-26 13:48 来源:未知 编辑:admin

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  第一节 飞行航向与测量罗盘 一、航向(HDG:Heading)的定义与换算 真航向(TH) true heading 磁航向(MH) magnetic heading 罗航向(CH) compass heading 磁差与罗差符号规定 VAR: 磁经线偏离真经线,北偏东为正北偏西为负 TH=MH+(±VAR) DEV(Compass Deviation): 罗经线偏离磁经线,北偏东为正北偏西为负 MH=CH+(±DEV) 磁差(Magnetic Variation) 磁差一般表会以等磁差曲线的形式标绘航图或磁差图上,以制图日期为准,根据磁差年变率计算出所需修正的磁差 罗差(Compass Deviation)查用与修正 罗差不受地理位置的影响,但与飞机航向有关 罗差由地面仪表人员校正测量(Swinging the Compass测定罗差) ,并绘制成表提供给飞行人员查用,在罗差很小的航向上飞行可以直接使用磁航向。 罗差可以通过航空维修技师AMT(aviation maintenance technician)在起飞前对照滑行道上或停机坪上的罗盘方位标记图(Compass Rose)予以校正 二、罗盘系统 直读磁罗盘(安装在驾驶舱内,受飞机磁场影响较大) 远读磁罗盘(安装在驾驶舱外,受飞机磁场影响较小) 陀螺罗盘 陀螺半罗盘 磁条式陀螺磁罗盘 感应式陀螺磁罗盘 直读磁罗盘的构造及工作原理 直读磁罗盘的优点 体积小,重量小,结构简单,不易故障 无需供电 非矿区、平直飞行时指示稳定。 作为各类飞机必备的备份仪表 直读磁罗盘的缺点 飞机机动飞行时存在较大误差 高纬度地区地磁水平强度弱,不能稳定指示航向 指示的是罗航向,需修正罗差 因此不易单独测量航向,常常与陀螺罗盘配合测量航向 直读磁罗盘误差 (1)倾斜误差 飞机沿____飞行时倾斜误差可以忽略 (3)转弯误差 飞机转弯建立坡度时,罗牌受重力和离心力的作用,随同飞机一同倾斜(其坡度大小与飞机坡度相同)。此时,地磁垂直分力Z在罗牌平面内产生分力,使罗牌发生偏转,产生转弯误差。 转弯误差的大小跟航向,转弯坡度和飞行地区的纬度都有关系。 转弯坡度越大,地磁垂直分力在罗牌平面内的分力越大,误差越大。 纬度越高,磁倾角越大,地磁垂直分力越大,误差越大。 南北航向上,误差最大;东西航向上,误差为零。 (4)加速误差 在北半球,由于地磁垂直分力的作用,使罗盘磁条北端向下倾斜。为了使罗盘磁条保持水平,制造罗盘时,罗盘磁条的支点在磁条重心以北。 当飞机增减速度、侧滑及航向摆动时,罗牌重心在惯性力的作用下,形成一个旋转力矩,迫使罗牌偏转。 加速误差可达10o~15o之多。 当飞机磁航向为0o和180o时,是否产生加速误差? 当飞机磁航向90o和270o时,是否产生加速误差? 其他航向,加速时,示数如何变化?减速时,示数如何变化? 误差克服方法 倾斜误差、俯仰误差——将仪表放置到飞机磁场最小的地方 加速度误差——可在飞机加减速运动时,保持飞机姿态 借助陀螺罗盘读取航向 核心部件:陀螺 陀螺是一种惯性元件,它是一绕自转轴高速旋转的转子构成。 定轴性(稳定性Rigidity in space ): 进动性(Precession) : 转子受到外力距的作用时,会向外力极(力矩矢量方向)方向进动 陀螺罗盘指示磁航向 调整水平修正器,使陀螺自由进动到大地水平面内; 对照磁罗盘的指示,调整方位修正器,使陀螺自转轴自由进动到磁北方向,即陀螺罗盘航向标线此时要指示磁航向; 如何判断陀螺自转轴进动到了磁北方向? 由于定轴性的作用,飞机飞行过程当中陀螺自转轴恒指磁北,而与飞机固定的航向指标将指示飞机磁航向。 陀螺罗盘指示转弯角 调整方位修正器,使陀螺半罗盘指示归零; 飞机转弯后陀螺半罗盘将指示飞机转弯角。 为什么? 陀螺罗盘指示大圆航向 飞机在沿大圆航线飞行过程中,陀螺自转轴和经线一起在惯性空间内转动,由于地球自转和飞机位置的改变使得陀螺自转轴偏离起始经线方向,同时陀螺不再保持水平,如果不加调整,飞机无法正确指示航向。 调整方法:通过水平修正器和方位修正器修正自转轴与起始经线的误差,同时保持水平,修正量:ω方位=ω地sinφ ω水平=ω地cosφ 陀螺罗盘测量航向的优缺点 优点:不受磁极和磁矿区的影响,经过修正可以准确指示航向、转弯角以及大圆航线。 缺点: 不能独立测量航向,必须根据其他罗盘的指示人工给定基准线; 由于地球自传,使陀螺自转轴与经线间存在相对运动,引起自走误差。误差值:2-3度/15分钟,必须每15分钟进行校正。 飞机倾斜或俯仰时,会引起支架倾斜误差,消除方法:利用陀螺稳定器或随动环,使外框轴始终保持在地垂线、感应式陀螺磁罗盘 组成:地磁感应元件、修正机构、陀螺机构、指示器 原理: B=μH cosφ = μHcosMH 其中,B为磁感应强度,H为地磁场水平分量, μ为磁导率 单相感应元件测量航向时存在二值性 利用三相磁感应元件解决二值性问题 磁感应陀螺指示航向的特点 利用地磁感应元件和三自由度方位陀螺组合构成感应式陀螺磁罗盘。 飞机平直飞行时,使用磁感应元件测量航向。 飞机机动飞行时,系统自动切断磁感应元件信号,由陀螺系统测量航向。比如:当转弯角速度大于0.1—0.3度/秒并持续5—15秒时,系统自动切断陀螺半罗盘与磁罗盘的联系,仅由陀螺半罗盘测量航向。 第二节 飞行高度及测量 飞行高度定义 最低飞行安全高度及飞行高度层 高度表测高原理及误差 高度的调定与转换 无线电高度表 一、高度的定义及分类 高/高度 自某一个特定的基准面/自平均海平面,量至一个平面、一个点或视作一个点的物体的垂直距离。 飞行高度(Flight Altitude) 飞机道正下方某一基准面的垂直距离。 几何高度(飞机相对于几何基准面的真实高度,具有稳定的几何形态) 气压高度(利用大气压力变化来间接测量飞机相对于气压基准面的高度) 几何高度的定义 真高(True Height):飞机距离正下方地面的垂直距离。 相对高(Relative Height):飞机距离机场平面的垂直距离。 绝对高度(Positive(Absolute) Altitude):飞机距离海平面的垂直距离。 地点标高(ELEV):地球表面的物体到平均海平面的垂直距离。 绝对高度=地点标高+真高=机场标高+相对高 相对高度=绝对高度-机场标高=真高+标高差 例:飞机线米,求飞机绝对高度、标高差。 气压高度的定义 标准气压和标准气压高度HQNE 标注大气状况下平均海平面的气压值:1013.25hPa,760mmHg,29.92inHg 以标准海平面气压为基准面的气压高度。 场面气压高度HQFE 航空器所在着陆区域最高点的气压值称为场压。 以起飞机场或着陆机场的场面气压为基准的气压高度。 修正海压高度HQNE 机场气象台通过观测到的场面气压,按照标准大气条件修正到平均海平面的气压值,称为修正海亚。 以修正海平面气压为基准面的气压高度。 HQNH=HQFE+ELEV机场 HQNE=HQNH+ΔHp 二、飞行高度层 以标准大气压(QNE)为基准面等压面,各气压面之间保持规定气压差。 气压基准:QNE 1013.2hpa(760mmHg,29.92inHg) 思考: 飞机从高压区飞往低压区,飞机保持等压面飞行,实际高度会降低还是升高?为什么? 最低安全高度及最低可用飞行高度层 超障余度(Obstacle Clearance):平原地区400m;山区600m;山区有强烈上升下降气流时:1000m 压差影响: 从高压区飞往低压区:超障余度应当增加还是减少? 1hpa=9m 1mmHg=11m 最低安全高度=航线km范围内最高障碍物的标高+超障余度+气压修正值 如果VFR并且在最低安全高度以下飞行,航线km范围内的最高障碍物:山区300m,平原100m 航线飞行高度的选择 必须高于最低安全高度 综合考虑机型、航线走向、天气、安全高度、其他飞行活动、流量控制等 英制高度层配备 磁航线ft一个高度层,29000以上每4000ft一个高度层 磁航线ft一个高度层;31000ft以上,每4000ft一个高度层 例:山区飞行,分别求B757和Y-5的最低安全飞行高度及最低飞行高度层。 三、压高关系式 压高关系式:H=R T均ln(P0/PH) 其中 T均=1/2 (T0+TH) 标准大气条件 MSL P=1013.2hPa t=15oC 温度递减率γ=0.0065/m 四、飞机测高系统 无线电高度表、气压高度表、惯性高度表、卫星、激光高度表 气压高度表 组成:总静压系统、真空膜盒、传动机构、刻度盘、气压拨正旋钮、表壳组成。 工作原理 思考:当静压孔被积冰堵塞后或起飞前飞行员忘取下橡皮帽,气压高度表的示数如何变化? 五、高度表误差及修正 机械误差及其修正 由于机械磨损、膜盒弹性变化、机械传动延迟等产生的误差,记为ΔH机,由机务人员测定列表 H修=H表+(± ΔH机) 例:仪表高度2400米,根据指示的仪表高度查出机械误差-40米,求修正机械误差后的标高。 机械误差通常很小,除了精确计算外,一般不作修正。 气温误差及修正 由于实际大气条件与标准大气条件不符导致海平面气温以及气温递减率变化引起气压垂直递减率变化,从而导致高度表误差,ΔH温 H表/H修=(273+tH)/(288-0.0065H修) 通过FMS自动修正温度误差或者由飞行员人工修正气温误差 拉领航尺 查表修正 思考: 飞机从高温区飞往低温区,如果不修正气温误差,飞机保持等压面飞行,真高度会降低还是升高?为什么? 气压误差及修正 由于飞机高度表调定的气压基准面与实际气压不一致时产生气压误差, ΔH压 ,一般是由于实际使用中飞行员的误操作造成的。 ΔH压=RTln(1- ΔP/P0),气压每降低1mmHg,实际飞行高度会降低11m(1hpa=9m) 修正方法:先调好高度值,再打开仪表密封螺帽,旋转气压旋钮,调好气压值。最后压进密封螺帽,气压误差自动消失。 例题:进场飞行员将飞行员提供的QNH1003hpa操作为1030hpa,则飞机进场高度会偏____ 飞机保持高度层从高压地区飞往低压地区,则飞机的真高会如何变化? 六、高度的调定与转换 高度调定与转换的意义 气压基准面:QFE,QNH,QNE QFE:机场着陆区域内最高点的气压。 QNH:由QFE按照标准大气条件修正到平均海平面的气压值。 QNE:标准大气条件下海平面的气压,1013.25hpa,760mmhg,29.92inHg 过渡高度(TA) 是指一个特定的海平面气压高度,在此高度或以下,航空器的垂直位置按照修正海平面气压高度表示。 过渡高度层(TL) 过渡高度之上的最低可用飞行高度层。 过渡高度夹层(Transition Layer) 位于过渡高度和过渡高度层之间的空间。 基准面气压的调定 飞机停在机场跑道平面上时通过调整气压调整旋钮使调定的气压基准面与实际气压面(OFE,QNH,QNE)一致。 OFE的调定(0) 拧紧密封螺帽,使高度表归零,此时气压刻度窗显示的气压值如果等于管制员提供的QFE,则高度表调定。 如果不是,则松开密封螺帽,使气压刻度窗指示QFE,此过程中,高度指针应当归零。调好后拧紧螺帽。 QNH的调定(ELEV) QNE的调定(机场标准气压高度) 高度表拨正程序 (一)航空器高度表拨正值的转换 1、由QNE转换为QNH 航空器下降穿越QNH适用区域水平边界内的过渡高度层时; 航空器在过渡高度层以下进入QNH适用区域水平边界内区域时。 2、由QNH转换为QHE 航空器上升穿越QNH适用区域水平边界内的过渡高度时; 航空器在过渡高度以下离开QNH适用区域水平边界内区域时。 (二)使用场面气压和零点高度的高度表拨正程序 规定了过渡高/过渡高度层的机场 起飞前拨正值调整为QFE。上升穿越过渡高时,拨正值转换为QNE; 下降穿越过渡高度层时拨正值由QNE转换为QFE。 没有规定过渡高/过渡高度层的机场 起飞前拨正值调整为QFE。起飞爬升至600米时,拨正值转换为QNE; 航空器在降落前,进入机场区域边界或根据塔台管制员的通知,将高度表拨正值由QNE转换为QFE。 高原机场 将高度表拨正值调整为QNE。起飞前,航空器停在跑道道面上时高度表的高度指示即为假定零点高度,然后起飞和上升至规定的飞行高度;航空器降落时,应按照塔台管制员通知的零点高度进行着陆。 航空器上有两个气压式高度表时,应将其中一个高度表的拨正值调整QNE,另一个高度表拨正值调整为QNH。 机场过渡高度、过渡高度层的划设 此外,当机场QNH=979hpa时,机场的过渡高度应当降低300m;当机场QNH=1031hpa时,机场的过渡高度应当提高300m。为什么? 场面气压(QFE)的使用 军用机场和部分军民合用机场 零点高度:在高原机场(高于100m),高度表的拨正值范围较小(670~790mmHg或950~1050hpa)时,无法将高度表拨正值调整到场面气压。 方法:以标准大气压拨正的航空器高度表,在机场道面上的指针读数相当于场压高的“0”,此读数被称为“假定零点高度”,简称“零点高度”。 缺点:“零点高度”与机场细则中标注的障碍物标高使用的高度基准面不同,飞行员确定超障余度困难,飞行中十分不便。 注意:在修正海平面气压适用区域内,如果飞行员请求使用场面气压,管制员可以在进近和着陆许可中提供,但飞行员只能在最后进近阶段使用QFE。 思考: 飞机在跑道端准备起飞,飞行员根据塔台管制员通报将高度表拨正为QNH,则驾驶舱内高度表指示高度值为____________;当高度表指示坐舱高度时,高度基准为________。 飞机进场时听错飞行员报的QNH值,将实际1031hpa错调为1081hpa,则飞机实际进场高度会偏___。 当塔台高度表指示塔台高度+机场标高时,塔台高度表的气压基准为____。 飞机从广州飞哈尔滨,如果不对高度表进行气温修正,则飞机实际飞行高度会_____。 六、升降速度表 Vertical Speed Indicator 七、无线电高度表(Radio Altimeter/Radar Altimeter/Absolute Altimeter) 起飞、着陆、进近及低空飞行 测高范围:0~2500ft 第三节 空速及测量系统 空速分类 飞机空速系统与测量原理 误差修正 马赫数表和组合空速表 空速与飞行管制 确定飞行纵向间隔标准的依据之一 预测飞行冲突的重要因素 控制飞机准时到达目的地的重要参数 一、空速定义与分类 空速定义 飞机相对与空气的运动速度 单位:km/hr, nm/hr(knot),mile/hr 1nm/hr=1kt=1.852km/hr=1.151mile/hr 空速表达式 条件:标准大气条件,平均海平面,K=1.4为绝热指数,g为重力加速度,R=29.97kg.m/kg.k;T为大气温度;q为动压;p为静压 空速分类 IAS: Indicated Airspeed 指示空速 CAS:Calibrated Airspeed 修正空速 EAS:Equivalent Airspeed 当量空速 TAS: True Airspeed 真空速 二、飞机空速系统设计与测量原理 全/静压系统Pitot-Static System 大气数据仪表Air Data System 大气数据计算机 ADC 全温探头Pitot tube 迎角(Angle Of Attack)感应元件 全/静压系统 大气数据仪表 1、气压高度表 2、电动高度表 电动高度表用于指示飞机的气压高度,还用于按高度基准的设置进行气压修正。它以数字(显示窗)和模拟(指针)形式来显示气压高度。并显示人工设置的气压基准值。表上还有设置气压基准的调节旋钮,以及高度基准游标和调节旋钮 4、电动马赫空速表 马赫空速表指示飞机的空速、空速极限、马赫数和目标空速。在表上可以自动或人工选择目标空速,并提供最大马赫空速的音响警告。马赫空速表包括数字式空速显示窗,模拟式空速指针,橙白相间的最大空速指针,目标空速游标和数字式马赫空速显示窗。表上的空速基准调节旋钮用于人工设置目标空速游标。 大气数据计算机ADC 全温探头 温度传感器又称总温探头,是大气数据计算机重要的信号源,装在机身外部没有气流扰动的蒙皮上,其对称轴与飞机纵轴平行。 迎角传感器 右图为测量迎角(α)和侧滑角(β),通常将传感器设计成能伸出到飞机外的气流中,但安装处应无扰动气流。常用的传感器通常有两种形式如图所示 空速表原理 三、气动空速表误差及修正 机械误差 ?V机 及修正 制造不精确、机件磨损、膜盒弹性变化、 CAS =IAS+ ?V机 空速少指为正,多指为负 ?V机由地面维护人员定期调节和校验,并绘制成曲线或表格形式,供飞行人员使用。 压缩性误差及修正 空速表是根据平均海平面、标准大气条件下的动压与空速的关系,通过表内的开口膜盒感受动压大小,经传动机构带动空速指针而设计出来的。随着飞行高度的增加,飞行速度的增加,空气的抵抗压力的能力逐渐变差,即压缩性系数变大,从而导致压缩性误差。 在MSL标准大气条件下: 在飞行高度H处, 令上述两式相比可得: 密度误差及修正 四、飞行马赫数与马赫数表 高速飞机 电动马赫空速表 五、组合型空速表(真空速表) 全静压系统被堵塞,空速表、高度表的示数如何变化? 压缩性修正 QNE QNH Flight level 过渡高度 过渡高度层 过渡夹层 QNH区域 QNE区域 4800m 3600m 4800m 3600m 过渡高度层 根据实际需要而定 3900m 4200m 2700m 4200m 2700m 根据飞行程序设计和空中交通管理的需要而定 2400m 3000m =2700m 1200~2400m(含) 3000m =2700m =1200m 过渡高度 起始进近高度 机场标高 QNE QNH 3600m(QNE) 3000m(QNH) 600m Standard ICAO atmosphere QNE QNH=979hpa 3600m(QNE) 3000m(QNH) 600m-(1013-979)*9=294m Non-Standard ICAO atmosphere IAS 仪表误差 位置误差 CAS 压缩性误差 随着飞行高度增加、飞行速度增加,空气压缩性系数变大。 EAS 密度误差 同样真空速,高度增加,表速会减小,原因是空气密度减小 TAS Vne Range of full flap Caution Range Range of flap up Vs0 Vfe Vs1 Vno 3、空速表 在大圆航线的起点,调整方位修正器和水平修正器,使自转轴和起始经线保持一致,飞机在飞行过程能否正确指示航向? 实际修正过程:起飞前输入大圆航线起点和终点 的纬度,系统即可在沿大圆航线飞行过程中通过 方位修正马达和水平修正马达自动完成修正。 标高差 ΔHp 8400 7800 7200 6000 5400 4800 4200 3600 3000 2400 1800 1200 600 8100 7500 6900 6300 5700 5100 4500 3900 3300 2700 2100 1500 900 27600 25600 21700 19700 17700 15700 13800 11800 9800 7900 5900 3900 2000 26600 24600 22600 20700 18700 16700 14800 12800 10800 8900 6900 4000 3000 6600 23600 9000 9600 10800 12000 31500 35400 39400 29500 33500 37400 10200 11400 英尺 米 Feet Meters 英尺 米 Meters Feet 依次类推 ETC. 依次类推 ETC. 高度层 Flight levels 高度层 Flight levels 180 0 T 179 0 T 359 0 T 0 0 T 我国目前使用的高度层系统 航空器按英尺飞时,实际高度差只有1900英尺 900英尺 注:1000 英尺 = 304.8米 300米=984.25英尺 英制显示为41100英尺 实际显示米制为12530米 S0701 F230 S1494 F490 S0671 F220 S1433 F470 S0640 F210 S1372 F450 S0610 F200 S1311 F430 S0579 F190 S1250 F410 S0549 F180 S1220 F400 S0518 F170 F177 S0540 S1189 F390 S0488 F160 F394 S1200 F167 S0510 S1159 F380 S0457 F150 F374 S1140 F157 S0480 S1128 F370 S0427 F140 F354 S1080 F148 S0450 S1098 F360 S0396 F130 F335 S1020 F138 S0420 S1067 F350 S0366 F120 F315 S0960 F128 S0390 S1037 F340 S0335 F110 F295 S0900 F118 S0360 S1006 F330 S0305 F100 F276 S0840 F108 S0330 S0976 F320 S0274 F090 F266 S0810 F098 S0300 S0945 F310 S0244 F080 F256 S0780 F089 S0270 S0915 F300 S0213 F070 F246 S0750 F079 S0240 S0884 F290 S0183 F060 F236 S0720 F069 S0210 S0854 F280 S0152 F050 F226 S0690 F059 S0180 S0823 F270 S0122 F040 F216 S0660 F049 S0150 S0793 F260 S0091 F030 F207 S0630 F039 S0120 S0762 F250 S0061 F020 F197 S0600 F030 S0090 S0732 F240 S0030 F010 F187 S0570 F020 S0060 公制 高度 英制 高度层 公制 高度 英制 高度层 英制 高度 公制 高度层 英制 高度 公制 高度层 英制 → 公制 公制 → 英制 A B 3KM 535m 15KM 2527m 30KM 4500m Standard ICAO atmosphere It decrease of 2°C every 1000ft (300m) approximately down to minus 56°C 15°C 13°C 11°C 09°C 07°C 05°C 2°C / 1000ft=6.5 °C / 1000m At the sea level, temperature is 15°C. At sea level, atmospheric pressure is 1013.25 hPa It decrease by 1hPa every 28ft (9m) or 1mmHg every 11m 1013 hPa 1012 hPa 1011 hPa 1010 hPa 1009 hPa 1008 hPa 1hPa / 28ft=1hpa/9m Standard ICAO atmosphere altimeter pointers barometric scale Kollsman Window 28.00 to 31.00 Hg or 950 to 1,050hpa Barometric scale adjustment knob 中国民航大学空中交通管理学院 第三章 基本领航元素及测量 航向 空速 高度 飞行时间 掌握基本领航元素的测量方法,理解误差修正原理,熟悉航行元素的计算 1、直读磁罗盘Magnetic Compass γ R Rsinγ (2)俯仰误差 飞机沿____飞行时俯仰误差可以忽略 θ θ R Rsin θ γ γ Z Zsinγ 0 90o 180o 270o 360o 30o -30o 20o 10o 0 -10o -20o 右转 左转 33 W S E N 30 24 21 15 06 12 06 03 提前 提前 滞后 滞后 滞后 滞后 提前 滞后 提前 无误差 无误差 误差最大 误差最大 N S MN S N E 03 06 12 15 21 24 30 33 W a 向东飞,加速,示数变小; 减速,示数变大。 MN S N E 03 06 12 15 21 24 30 33 W a 向西飞,加速,示数变大; 减速,示数变小。 2、陀螺罗盘(Gyroscopic Compass) 陀螺高速旋转时力图保持其在惯性空间内方位稳定的特性 Z Y X

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