标准大气（三）
➢ 国际标准大气条件下，气压与高度的关系为
0时
H
Tb
Ph Pb
R / gn
1
Hb
或
ln
Ph
ln
Pb
gn
R
ln
Tb
H
Tb
Hb
0时
H
Hb
RTb gn
ln
Pb Ph
或
ln
Ph
ln
Pb
gn RTb
H
Hb
大气参数的测量单位
压力单位
➢ 帕斯卡[Pa]：每平方米的面积上作用有1牛顿的力,1[Pa]=1[N/m2] ➢ 标准大气[atm]：1[atm]=101325[Pa]
重力势高度与几何高度的关系
H=rh/(r+h)
标准大气（三）
➢ 国际标准大气规定的高度分层、大气温度及气温垂直梯度的关
系
T h T b H H b
dpdF dh
ρgdhdF
dpdF g hdhdF p RT
dp gh dh gn dH
RT
RT
T TH Tb H H b
标准大气（一）
国际标准大气的规定
➢ 空气为干燥清洁的理想气体，并遵循理想气体方程所确立的关系
P R*T RT
M
➢ 国际标准大气以平均海平面作为零高度 ➢ 气压为1个标准大气压，气温15º，密度为0.125kg.s2/m4
为便于探讨大气中的压力分布，国际标准大气引用了重 力势高度的概念。
➢ 重力势表示地球大气层内某一给定点上空气微粒的势能。重力势 高度以平均海平面作为重力势高度和几何高度的共同基准。重力 势高度又称为标准气压高度。
H 1 H 1d1 H T 0 1 1 H ln T 0 T 01 H d 1 1
相对误差为：
H H 1 1 R T 0 g n H 1 H ln p p H 0 d 1 1 1 T 1 H H ln T T H 0 d 1 1
➢ 工程大气压[at]：1[at]=1[Kgf/cm2]=9.80665×104[Pa]
➢ 巴[bar]：1[bar]=106[dyn/cm2]= 105 [Pa] ➢ 毫米液柱：以液柱高度来表示压力的大小
1[mmHg]=1[Torr]=1/760[atm]=133.322[Pa]
1[mmH2O]=9.80665[Pa] ➢ 磅/英寸2[PSi]：1[PSi]=1[bf/in2]=6.89476×103[Pa]
标准大气（二）
当空气微粒沿地球法线移动，单位质量所做的功为：
dΦ=ghdz= ghdh
h
0 ghdh
重力势高度：H= Φ/gn
重力加速度随地理纬度的变化：
g 9 . 8 0 6 1 6 1 0 . 0 0 2 6 3 7 3 c o s 2 0 . 0 0 0 0 0 5 9 c o s 2 2
气压式高度表
利用测量绝对压力的弹性敏感元件来测量大气静压， 根据高度与大气静压的关系，利用转换机构输出标准 气压高度（相对于标准海平面的重力势高度） 真空膜盒、膜盒串、波纹管
气压式高度表的误差
➢ 推导标准气压高度公式时，对标准大气作了一些假设，而实 际大气并不完全符合这些假设
➢ 推导标准气压高度公式时，假设了标准大气和标准海平面， 但实际海平面大气参数与标准海平面大气参数不同
大气紊流
大气紊流（湍流）： 空气紊乱流动的现象，旋涡和不规则的波动，使得大 气中的风向、风速呈随机变化。
风切变： 空间任意两点之间风矢量的变化
微下冲气流： 较强的下降气流，飞机在起飞、着陆过程中遇到超过 自己爬升或下降速率的下降气流，对飞行的危害最大。
大气数据有关的参数
与大气数据有关的参数
精密度、准确度和精度 误差的反义词 测量范围、量程 测量上限、下限 灵敏度 输出量微小变化与输入量微小变化之比
测量系统特性描述参数（三）
分辨率 输出量的每个阶梯所代表的输入量的大小 迟滞 同一工作条件下，同一参数的测量值正反行程不同 重复性 同一方向多次改变参数时，对同一被测参数所得
的输出值之间的接近和重复程度。
大气数据系统
电子工程系 2020/7/22
大气数据系统
概论 飞行高度及高度变化率的测量 飞行速度 全静压系统 大气数据计算机系统 大气数据计算机的基本计算方法 大气数据计算机系统输出及显示仪表
大气数据系统
发展历史
➢ 50年代前，分立式仪表 ➢ 50年代后，机载设备相继增多 ➢ 模拟式中央大气数据计算机 ➢ 各种模拟器件,伺服系统 ➢ 70年代,混合式大气数据计算机 ➢ 80年代,数字式的 ➢ 大气数据计算机的出现，为飞机提供更多的大气数据参数
标准气压高度是国际上通用的高度，主要防止同一空域或同 一航线上的飞机在同一气压面上飞行，发生两机相撞的可能。
高度测量方法
利用大气的物理特性测高
➢ 通过测量大气压力（静压）间接测高 ➢ 通过测量大气密度来测量飞行高度
利用无线电 波的反射特性测量飞行高度（测真实高度）
h1 cc2l
2
通过测量飞机的垂直加速度，再二次积分得飞行高度
d内 p 1D V 4 2 R L 8 T T H 管 T 内 均 升 pd 降 H p K T T 管 H均 升 R 降 p dH p
压力差与升降速度的关系(5)
由于 d内 p dH pd p
代入dp 内得
dpH 1K
dp
TH R
p
T管均 升降
积分并考虑pH=pH0 Δp=0
➢ 全压：动压和静压之和，即气流到达驻点时，单位面积上的 总压力
➢ 总温：气流到达驻点时获得的气温叫总温 ➢ 静温：飞机周围自由空气所具有的温度 ➢ 攻角：飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵轴之间的夹角（飞
机竖轴和纵轴所在平面内测量的角度） ➢ 侧滑角：飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵轴之间的夹角
（飞机横轴和纵轴所在平面内测量的角度）
y1=f1(x)
y2=f2(y1) y1
y1=f1(x)
y2
xy
x
y=f3(y2)
y
串联测试系统静态特性曲线
y
两个测试系统静态特性曲线
测量系统特性描述参数（一）
系统的静态误差 绝对误差 被测参数的给出值与相应的真值之差。 相对误差
➢ 标称相对误差 ➢ 实际相对误差 ➢ 额定相对误差 ➢ 最大额定相对误差
C1
p
4L
R2
可得速度值,可见流速与半径成抛物线分布.
空气流量为
dQ dA 2rdr
R p R2 r 2 2rdr 0 4L
R4 p D4 p 8L 128L
考虑空气平均速度
Q(容)量 均R2
D4 p 128L
Q(质量)
D4 p 128L
压力差与升降速度的关系(3)
构造误差
温度误差
用静压表示温度误差： pHt pHEt
用高度表示该误差：
H t
ddpHH pH
ddpH HHt pHEt Ht RgTn0EtgRnE1HtHt1Ht2
摩擦误差
气压高度的测量系统
高度与大气压力关系 为非线性
为使气压高度系统能 用来测量飞机所在处 相对于某一参考基准 面的相对高度，系统 中必须设有气压修正 机构，并保证修正量 与测高系统输出量之 间成线性关系
系统的动态误差 在动态测量时输入参数与输出参数之间随时间而变化的函 数关系。
飞行高度及高度变化率的测量
高度定义
定义 飞机的重心在空中距离某一测高基准面的垂直距离。
➢ 绝对高度：基准面为实际海平面 ➢ 相对高度：基准面为某一参考平面 ➢ 真实高度：基准面为飞机正下方的地面目标之最高点在内的
并与地平面平行的平面 ➢ 标准气压高度：基准面为标准海平面
选用弹性模数温度系 数小的恒弹性合金或 熔凝石英
机械式气压高度表
气压式高度表的使用
标准气压高度的测量 绝对高度的测量 相对高度的测量
高度传感器
用凸轮完成高度解算，凸轮型面决定的从动轴转角Ф与 主动轴转角θ间的函数关系Ф=f(θ),保证该传感器输出 角θ与高度（H）间是线性关系，θ=KθH 。
温标
➢ 摄氏温标（t）、华氏温标（F）、热力学温标（T）、国际实用温
标 F9t32
Tt27 .13 5
5
测试系统的静态动态特性及误差
输入/输出特性曲线（难以用精确的解析式表示） 串联测试系统
Y1
Y2
Y
X
Y1
Y2
Y
X
Y1
Y2
用图解法求测试系统的输入输出关系。
用图解法求测量环节的特性曲线
y2=f2(y1) y1
➢ 构造误差
– 压力敏感元件的温度误差 – 摩擦误差
气压式高度表的误差
原理误差（气压方法误差、气温方法误差、温度梯度
பைடு நூலகம்
误差）：
H
pH0 dp0
H T0
dT0
Hd
0 11000m,Hb 0,Tb T0, 1 0.0065C/m
H
T0
1
1
pH p0
1R/
gn
气压方法误差
由于实际海平面大气压力与标准大气压力不同
Hp0 p H 0dp0RgTnHdpp00
相对误差为：
H H p 0g n R H T 0H1d p p 0 0g R nT H Hd p p 0 0
气温方法误差
实际海平面温度与标准海平面温度不同
HT0
TH0 dT0
HdT0 T0
相对误差为：
H T0 T0
H
T0
温度梯度误差
实际温度梯度与标准温度梯度不同
基本误差、附加误差和工作误差