空速表测量原理-空速表测量原理
把飞机往天上扔,就像扔个没头苍蝇,风自然就把它推得飞起来。但飞行员要飞得准,光看风大不大没用。他手里得握个空速表,像个装了弹簧的弹弓。
这玩意儿实际上是个在天上自动量速度的机械时钟,它不靠人算,靠风把指针拨动。 这玩意儿分两个“嘴”,一个接气流,一个接指针。
那个接气流的,叫皮托管。想象一下,你手里拿个吸管,对着风一捅。风撞进管子里,空气就乱了,压强就小了,然后这个“压强差”就把一根细管里的水吸上来,最终推着铁指针转了。在飞机上,这个吸管被改装成了一个小孔,喷口朝上。平时飞机挂在天上不动,风不动,压强差刚好抵消,指针就躺平。一旦飞机往上飞,速度大了,迎面撞来的风就猛了,压强就变小了,那个小的喷口那边气压就比外面的大气压低,水流就顺着粗吸管往上冒,把指针往外推,这就叫“真空计”。 另一个“嘴”叫静态压孔,它得插在飞机机翼下面,正对地面。
不管飞机飞多快,它一直对着空气,压力就是恒定的大气压。
这两个嘴,一个吸动的,一个不动的,一吸一静,一高一低,空气往低处压,压得指针动起来了。 这原理实际上挺好办的,只要把飞机的飞行状态换算成空气中的速度就行。飞机跑得快,相对空气跑得更快,也就是相对风速大。风速大,压强差就大,指针动得就猛。
这时候表上的弦就是静止的,指针就转得飞快。飞机停在机库里,风停了,指针就停在那儿。 有了这个指针,飞行员就能知道自己在飞多快。但有个坑,就是“空速”和“真速”好办搞混。空速是飞机相对于你头顶那个气流的实际速度。真速是飞机本身发动机喷出的气体跑的速度。
有时候发动机没满负荷,要么油耗高了,真速可能比空速还快,这玩意儿有时候会让飞行员晕头转向。
故此空速表测的一辈子是“空速”,不是发动机鼓出来的劲。 目前的空速表几米也是,机械转动的指针,要么数字显示。机械的有指针,数字表有数字,但底层逻辑差不多,都是利用流体静力学原理。 举个例子,假设你有一架轻型教练机,机翼下有个小孔。当你把飞机匀速爬升时,你感觉风像雪花一样往机头吹。
这时候空速表上的指针会跳得了得。
要是这时候你打开油门,发动机转速上去了,真速数字可能跳了。但空速表没动。
这是出于你是在爬升,不是单纯加速。
要是你把油门关小,速度不变,指针就不动了。
哪怕你持续加油门,让真速数字飙升,只要机翼上的人没动,空速表指针依然稳当。
这说明啥?说明你是在爬升,空气相对机头的流速没变。 反过来想,要是飞机在平飞,风停了,指针就停了。
这时候只要把油门踩到底,真速数字飞快,指针纹丝不动。出于空气没动。
这时候要是你开大油门,还在爬升,指针还在原地;要是你加大油门让速度达到音速,那指针会突然冲那会儿。出于这时候你已经从“相对静止”变成“高速撞击”了。 这个原理实际上也解释了为啥爬升比下降难管住。下降时,要是你想选油,把油门放小,发动机气流出不去,真速就降下来。
这会害得“相对降速”,也就是飞机相对于空气的速度变慢了,飞行员会感觉低头俯冲更猛,就连需求拉杆来维持高度。
故此飞行员习惯在爬升时多关油门,多吸风扇,让相对速度降下来,这样管住更好办。 有时候你会发现,飞机的速度表读数跟你的速度表不忒对劲。
这是出于后轮速度表测的是轮胎转得有多快,跟空气跑多快是两码事。
有时候轮胎转得快,但空气没追上;要么轮胎慢,但空气撞上来。多普勒效应也就是这个意思。
故此有时候飞行员会认定速度表不准,实际上那是物理规律,轮子转得慢是出于它没跟上空气的速度,要么跟上了之后又被压下来了。 还有一个有趣的点,就是“空速”在爬升时是个常数。
像小型螺旋桨飞机,在爬升过程中,空速表指针简直不会乱动。
哪怕你慢慢踩油门增添发动机推力,只要不转变飞行高度,指针就定在那儿。
这让你认定爬升时的速度是恒定的,实际上不然。
那是出于你增添了动力,在爬升,你是在把能量转化成势能。空速不变,说明空气相对你不变。 再拿个例子说说,有时候你会发现飞机速度表突然跳个几节。
这可能是出于飞机刚要爬升,突然加大动力,要么是刚降落,突然关断油门。
这时候气流变化,压强差变化,指针就跳了。
有时候你也认定自己没动,但空速表在跳,这时候你得看高度表。
要是高度表没跳,而空速表跳了,那一般就是爬升阶段,是动力在起功能,不是单纯的加速。 空速表本质上就是个把空气压力差转化成机械运动的转换器。它不关心飞机是如何动的,只关心空气冲过来冲走了多少。
只要空气冲过来,指针就转。
这就像个海绵杯,杯子里的水位就是压强,水位差就是速度。飞机就是那个海绵,水就是空气,指针就是那个用来量体积差的尺子。 自然,这个原理也不是完美的。
比如绕飞的时候,要是飞机速度忒快,风切变来了,指针可能会突然跳跳动得了得,就连出于结构受不了而损坏。
这时候飞行员就得警惕。
有时候在低空,空气密度大,同样的速度形成的压力差就大,指针就转得快。在高空,空气稀薄,同样的速度形成的压力就差,指针就转得慢。
故此同样的数字,在不同的高度对应着不同的空气速度,这实际上是高空航次的常态。 总而言之,空速表就是天上最忠诚的“雷达”之一,它默默地把气流撞来的力量翻译成人能看懂的数字。它不管飞机如何飞,不管油门如何踩,只要往前冲,它就告诉你:你跑得多快。
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