航空领域小行家回答一下!
对于一架在飞行任务中的飞机,需要测量的状态量有很多,重要的比如说高度、位置、姿态角,加速度、速度等等。我们可能都在电视或网上见过飞机的飞行仪表,这个仪表上就记录了飞机经过各种传感器和导航系统所测出的状态量。
其中高度信息的获取通常有3种途径:
气压高度表。飞行仪表上通常会有一个气压高度表盘,表盘上刻有指示高度的刻度,还有转动的指针。指针随着飞机的高度变化而转动,飞行员只要一看指针指示的数值,就能够知道当时飞机的大致高度。气压高度表主要利用大气压强随高度变化的规律。飞机因为飞的很高,所以大气压强变化还是很显著的,通过飞机的气压计可以准确测量当前高度气压,然后换算成对应高度,这一过程飞机的航电系统会自动完成。
2. 无线电高度表。无线电高度表是测量飞机到地面垂直距离用的机载无线电设备,是重要的飞行器仪表之一。它测量的高度是飞机距离地面的真实高度,由收发机、天线和指示器组成。因为当飞机起飞或者降落时,气压变化很小,气压高度表的变化很不灵敏,几乎用不了。所以民用航空器上使用的无线电高度表一般为低高度无线电高度表,测量范围为-20到2500英尺,通常在飞机进近和着陆阶段使用。
3. 卫星导航接收高度。我们大家都知道GPS导航系统以及我国目前正在不断发展的北斗导航系统,它们都是卫星导航系统。卫星导航系统能在飞机飞行过程中给出飞机的经纬度、高度、时间等信息。所以飞机飞行过程中,高度信息在卫星导航系统数据中也能找到。
那这三种方式怎么选择呢?其实三种方式都会在飞机飞行中用到,而且会相互进行数据融合来进行修正。正如卫星导航给出的位置信息并不是很准确,还需要惯性导航等来进行组合导航,才能精确确定飞机的真实位置。
其实对于一架飞机来说,需要始终测量自身的高度,否则就有可能引发事故。但是身处万米高空,飞机是怎么知道自身所处的高度呢?一般来说我们有以下几个手段:
我们都知道,随着高度的增加,空气就会逐渐变得稀薄,氧气含量也会降低。比如说有些人知道在高原地区,由于气压比较低,所以必须要用高压锅煮饭才能够煮熟。如下图所示就是高度和大气压之间的关系。而利用这样的关系就可以轻松根据飞机旁边的气压推算出所处的高度。
事实上,最早的飞机高度计就是利用这个原理来制造的,而且是最为可靠、最为方便的测量高度的方法,直到现在还是每架飞机上的必备测量高度的办法。
简单说,飞机上有专门的雷达高度计,安装在飞机的腹部,通过不断向地面发射无线电,然后测量无线电波返回的时间就可以精准测量到飞机距离地面的高度。具体的原理如下图所示。
雷达测量法也是一种非常可靠的高度测量方法,而且精度极高,被现在的飞机广泛使用。而且在飞机降落的时候,普通气压高度计的精度已经不够了,只能够依靠雷达高度计来判断飞机的高度。
这个方法也是比较好理解的,就是飞机随时都收取GPS卫星的信号,从而计算出来自己的经度纬度和绝对高度,这个时候再把地图拿出来匹配一下,就可以看到这个经纬度位置的海拔有多高(比如说这里是盆地还是山峰还是平原),计算一下差值就可以知道自己的高度了。
如上图所示,右侧的显示器就是机载地图和飞机所处位置,通过这些数据可以轻松得到飞机的高度。不过因为这样的测量方法依赖外部设备,同时地图上一般也不会标明或者及时更新地形的变化【比如建起来一栋楼之类的】,所以这样的方法测量出来的高度不准确。
飞机上装有几种测量高度的仪表。一种仪表叫做气压式高度表,它是利用大气压强随高度变化的规律制成的。在地球表面上,海平面的大 气压强最高,随着高度的增加,大气压强就按照一定的规律逐渐减小, 因此只要测出压强,就可以推算出高度。
第一个方法,用大气压来判断飞机所处高度。
第二个办法,用无线电(雷达)来测量飞机的高度。
第三个方法,使用GPS信号来测量飞机的高度。
飞机就像开车一样。有固定的仪表盘等一系列按钮和屏幕,任何情况都能一目了然,所以你飞了多高,飞行员可以通过仪表盘得知的,或者你也可以通过窗外的景色来大致判断自己身处多少米的高空。