航空迷:航空航天知識科普之—氣壓高度測量原理與氣壓式高度表

2020-12-05 航空航天迷

通過前面的介紹我們知道了周圍大氣的基本特性可以運用密度、溫度、壓力三個量來表示大氣的基本狀態，並且高度與三個量之間的大氣壓強有著一一對應的關係，由此關係，在我們的現實生活中才有了氣壓式高度表，這次分享小航將進一步明確壓強與高度之間的一一對應關係，並簡要介紹膜盒式氣壓高度表的測量原理。

氣壓高度測量原理

從前面分析可知，利用大氣壓力隨高度變化的特性，通過測量飛機所在高度的大氣壓力（靜壓），可以間接的測量出飛機的飛行高度。但是大氣壓力是大氣的一個狀態參數，它的數值的大小和變化與許多因素有關，包括緯度、季節、氣候、晝夜、高度等。高度只是其中的一個原因。顯然，在實際情況下，大氣壓力並不是高度的單值函數。

國際標準大氣是按標準氣壓高度公式來建立大氣壓力與高度關係的。由於對流層和平流層氣溫隨高度的變化規律不同，所以標準氣壓公式以11km為界，用兩個公式分段表示。

首選推導適用於11km以下的標準氣壓公式。

假設大氣相對於地球靜止，這時在任一高度取一薄空氣層，如圖所示。

以上公式是適用於11km以下的標準氣壓公式和標準高度公式。

當高度大於11km時，氣溫為常數，且等於高度為11km時的氣溫，此時，

上面兩式是適用於11km以上的標準氣壓公式和標準高度公式。

標準氣壓公式和標準高度公式又統稱為標準氣壓高度公式，標準氣壓高度公式適用於80km以下各大氣層。

從式中我們可以看出，高度與氣壓存在單值對應關係，高度越高，氣壓越小。知道某處的氣壓，利用標準氣壓公式，就可以計算出該處的標準氣壓高度。

為了使用方便，一般根據標準氣壓高度公式，將計算出的標準大氣參數和高度的關係繪製成表格。標準大氣參數隨高度變化值如表所示。

標準大氣參數隨高度變化值表

氣壓式高度表

從氣壓高度公式可知：在標準大氣條件下，飛行高度（H）是氣壓（PH）的單值函數。因此可以通過測量氣壓的大小，表示飛機飛行的高低。

高度表的原理

氣壓式高度表是根據標準氣壓高度公式的關係而設計製作的。通過測量大氣的靜壓而指示飛機的飛行高度。它主要由真空膜盒、傳送機構、指示部分和殼體等組成，如圖所示。

氣壓式高度表基本原理

高度表密封的表殼內通以大氣靜壓，具有彈性的真空膜盒是高度表的測量元件，它內部抽成真空，外部承受大氣靜壓。在靜壓的作用下，真空膜盒收縮並產生彈力與靜壓的作用力相平衡。靜壓改變時，真空膜盒的收縮程度也發生相應的變化，從而將大氣壓力的變化轉化為膜盒中心線位移的變化，經傳送機構，使指針在刻度盤上指示出相應的高度。

當飛機高度升高時，大氣壓力減小，膜盒膨脹，帶動指針順時針轉動，直到膜盒彈力與靜壓相等，指針停轉，指示出較高高度。反之，當飛機高度降低時，膜盒被壓縮，指針反轉，指示出較低高度。因此，只要刻度盤按標準氣壓高度公式刻度，就可以通過測量靜壓指示出高度。

從上面的分析看出，氣壓式高度表是根據標準大氣條件下高度與靜壓的關係，利用真空膜盒測量靜壓，從而指示飛行高度。

由於高度表是測量飛機外部大氣壓力而間接地指示飛機的飛行高度，同時飛機的飛行高度範圍較大，因而對氣壓式高度表提出四點要求：

第一，要有一個感受氣壓的敏感元件。氣壓式高度表中的真空膜盒就是為此而設計的。高度變化，膜盒位移變化，通過傳送機構，由指示部分將真空膜盒的位移指示出來。

第二，為了提高儀表的解析度，必須採用傳送比較大的傳送機構。由於膜盒感受大氣壓力變化時的位移量較小，且是直線位移。要提高高度表的解析度必須將這種位移轉換為角度，並儘量增大指針轉角的數值。

第三，氣壓式高度表測量範圍較大，從零到幾萬米。為了獲得較高的靈敏度，要求高度表能循環指示，為此刻度盤必須均勻刻度。

第四，為了使高度表指針轉角和飛行高度之間成線性關係，以滿足循環指示的要求，必須根據真空膜盒的特性曲線適當選擇傳送機構特性曲線，以滿足<Object: word/embeddings/oleObject1.bin>的線性要求。

從上面的分享我們了解到，在標準大氣條件下高度和壓強之間一一對應的函數關係，並且根據這種關係，利用真空膜盒作為飛行高度所在靜壓測量的敏感元件，進而測量出飛機的飛行高度，你get到了嗎？我們這次分享就到這裡氣壓高度測量原理

小航對航空航天有關人物、故事及科普知識非常感興趣，希望通過分享即獲得學習的樂趣，又能與大家共同進步。如果你也對航空航天知識感興趣，那就關注小航，一起成長吧，謝謝!!

相關焦點

  • 航空迷:航空航天知識科普之—你知道氣壓高度表測量方法誤差嗎?
    通過上次的分享我們知道了氣壓高度的測量原理和氣壓高度表的結構組成，知道我們膜盒式氣壓高度表是根據標準大氣條件下，氣壓和高度之間一一對應的關係來進行設計的，但是如果我們周圍的大氣不符合標準大氣條件呢？這時候就會產生誤差。氣這種誤差叫做高度表的方法誤差。
  • 航空迷:航空航天知識科普—標準大氣及高度與壓強的對應關係
    上次小航和大家分享了溫度、密度、壓力三個參數與高度之間存在什麼樣的關係，我們明白了三個參數隨高度變化的原因。在上次文章的最後呢，我們提到可以採用壓強作為高度測量的輸入，這樣我們就可以通過測量該高度的壓強來得到高度了，這也就是氣壓式高度表它的測量原理。
  • 航空氣象學原理的物理基礎 3) 低溫氣壓高度修正——氣壓式高度表在非標準氣溫時示數偏差的理論解析
    摘要：和標準大氣相比，寒冷地區氣壓隨高度降低得更快，所以氣壓式高度表的指示高度就大於飛機的實際高度。
  • 氣壓式高度表
    如圖所示，氣壓式高度表的敏感元件是一個真空膜盒（內腔呈真空狀態或微量空氣狀態的膜盒）。在真空膜盒上的氣壓為零時，真空膜盒處於自然狀態。受大氣壓力作用後，真空膜盒收縮並產生彈性力。通過氣壓氣壓來顯示高度時，選定的基準面不同，測量出的高度也不同。如以標準氣壓平面為基準面，儀表指示的為標準氣壓高度。如以海平面為基準面，儀表指示的高度為絕對高度。如以機場地面為基準面，儀表指示的高度為相對高度。
  • 氣壓式高度表的測量誤差分析及修正方法研究
    摘要:分析氣壓式高度表測量原理及產生測量誤差的主要原因,並給出了減小誤差的修正方法,該研究對提高測量高度的精度具有重要的意義。氣壓式高度表是通過感受大氣壓力,指示飛機飛行高度的高度表。正確地測量和選擇飛行高度,對充分發揮飛機性能,減少燃油消耗,節約飛行時間和保證飛行安全具有十分重要的意義。
  • 航空迷:航空航天知識科普—大氣中溫度、密度、壓力與高度的關係
    在平流層11~25km範圍內，隨高度升高，雖然從地面或對流層所獲得的輻射逐漸減弱，但獲得的太陽輻射逐漸增強，在它們的共同作用下，使這層空氣形成等溫層，所以在25km以下，高度升高，氣溫基本保持不變，平均溫度為216.5K（-56.5℃）；高度超過25km後，氣溫隨高度升高略有上升，其溫度遞升率為0.1℃/km。氣溫與高度之間的關係，如圖所示。
  • 航空迷:航空航天知識科普之—雙自由度陀螺也能用來模擬地垂線?
    航空迷：航空航天知識科普之—雙自由度陀螺也能用來模擬地垂線？因此，在飛機上如果單獨使用陀螺儀指示當地垂線，測量飛機的俯仰角和傾斜角，也將產生很大的誤差。很顯然，要精確測量飛機的俯仰角和傾斜角，對儀表的要求應當是這兩種特性皆有才行。解決這個矛盾的途徑有以下兩種。一種途徑是使具有方向選擇性的擺獲得方向穩定性。從擺的運動特性可知，這需要增大擺的自由振蕩周期，使它對加速度幹擾不敏感。
  • 怎麼進行氣壓高度低溫修正?
    氣壓式高度表就是氣壓計，環境大氣壓力是高度表使用的唯一的輸入參數，隨著飛機的爬升，飛機外界大氣壓力會減少。對於一個給定的氣壓值，按照國際標準大氣，即標準海平面氣壓和標準溫度遞減率，對應一個高度，這個高度就是氣壓式高度表的指示高度。　　國際標準大氣是一種特殊的位勢模型，該模型在飛機性能方面有廣泛的應用。現代飛機一般都是使用壓力高度來計算的。
  • 淺談民航運行中氣壓高度的低溫修正
    本文根據最近發生的兩起在寒冷天氣觸發地形警告事件，通過對氣壓式高度表的工作原理和誤差分析，解釋了低溫對氣壓式高度表的影響，分析了氣壓高度低溫修正的必要性
  • 航空迷:航空航天知識科普—夜光雲、散逸層、磁層,魅力自然現象
    航空迷：航空航天知識科普—夜光雲、散逸層、磁層，魅力自然現象上次我們一起分享了地球大氣層有多高（1000公裡）及大氣分層中的對流層和平流層。今天小航就和大家一起學習下大氣中的中間層熱成層散逸層及電離層和磁層。
  • 飛行員是怎麼知道飛機所處的高度和速度的?
    大家知道，飛機在飛行時，飛行員可以通過讀取飛機上飛行儀表的數據，知道飛機所處的高度和速度。那麼，你知道這些數據是怎麼測出來的?
  • 空管小知識:氣壓對飛行的影響(圖)
    空管小知識：氣壓對飛行的影響(圖)   　　新華網北京5月27日電 （記者馮曉芳、林紅梅）飛機在飛行中主要通過氣壓式高度表測量機外氣壓的變化和大小來指示飛行高度，飛行按照規定高度實施是保證飛行安全的必要條件。
  • 管制基礎技能系列課程-第一講《氣壓高度及高度表撥正程序》
    管制一線經常要用到高度這個術語，高度是航行諸元的重要組成要素。正確把握飛行高度，對保證航空器與航空器之間及航空器與障礙物之間的安全間隔非常重要。本課首先從認識測量高度的基準開始，引出氣壓面的概念，然後結合93部對場面氣壓（QFE）、修正海平面氣壓（QNH）、標準大氣壓（QNE）的定義，以圖解和列表的方式深入剖析三者的內涵及相互關係。
  • 飛行員考試之儀表飛機飛行執照考試題庫
    圖中高度表3 ,短針接近1的位置,大約指示10000ft.中長針在9和0之間,指示9000ft～ 10000f.之間,長針在5的位置,指示500ft ,由以上可知,高度表3的指示是9500ft.A.海壓高等於絕對高度B.海壓高大於絕對高度C.海壓高小於絕對高度3、本場訓練起飛前QNH撥正值是1001hpa ,兩小時後QNH變為999hpa ,而飛行員沒有及時撥正氣壓式高度表。這時飛機高度表指示的高度_______。
  • 航空迷:航空航天知識科普——大氣基本參數溫度、密度、壓力
    上次我們一起學習了，關於大氣層的一些知識，今天我們就來了解一下，我們如何描述我們周圍的大氣呢？下面我們一起來學習一下。氣體的物理特性密度、溫度、壓力、溼度、黏性、導熱、導電等物理量。下節呢，我們就一起探索下，它們隨著高度的變化會呈現什麼樣的規律呢？好我們這節課就分享到這裡，謝謝大家關注。小航對航空航天有關人物、故事及科普知識非常感興趣，希望通過分享即獲得學習的樂趣，又能與大家共同進步。如果你也對航空航天知識感興趣，那就關注小航，一起成長吧，謝謝!!
  • 沒有規定過渡高度/高/高度層的機場起降該執行的高度表撥正程序
    航空器起飛前，應當將機場修正海平面氣壓（QNH）的數值對正航空器上氣壓高度表的固定指標；航空器起飛後，上升到過渡高度時，應當將航空器上氣壓高度表的氣壓刻度 1013.2 百帕對正固定指標。航空器著陸前，下降到過渡高度層時，應當將機場修正海平面氣壓（QNH）的數值對正航空器上氣壓高度表的固定指標。 　　2.
  • 航空迷:航空航天知識科普—飛機姿態角測量俯仰角和傾斜角定義
    其實呢，在我們的飛機上有專門用來測量飛機飛行姿態的儀表，飛行員就是通過觀察認讀這些儀表來確定飛機的飛行姿態的，在我們飛機上測量飛行姿態的儀表主要有地平儀和轉彎側滑儀，它們的主要作用就是測量飛機的姿態。那麼飛機姿態我們怎樣來表示呢？這就是我們本次要一起分享的內容。
  • 氣壓高度表設計
    傳感器SCP1000-D11的4種測量模式轉換和氣壓數據與高度特別的算法，低功耗的軟硬體設計使用戶能隨時隨地查看所處位置及高度。關鍵詞 SCP1000-D11氣壓傳感器；高度；數據；模式；低功耗 高度計就是利用大氣壓的變化規律，來測量所在地的海拔高度和大氣壓變化，以及測量因地域變化發生的相對高度。一般適用於戶外活動者，包括登山、攀巖、滑雪運動、外出旅行等。
  • 南航學生教做「水火箭」 大小學生一起來場航天夢
    4月21日，臨近中國航天日之際，南京航空航天大學學子前往翠屏山小學，舉辦了一場「水火箭」比賽。36名小朋友在22位志願者的帶領下，學習「水火箭」的原理，製作並進行比賽。最終，12個小組的火箭升空，最遠的飛出了近80米的距離。
  • 【齊飛航空】飛機如何測量飛行的高度、速度和方向?
    高度:駕駛員用眼雖然也可以估計出飛機與地面的距離，但這樣得出的結論很不準確。