[原创]航空领域常用几个速度的定义和说明
(2013-06-21 21:07:46)分类: 技术资料 |
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地速
飞行动力学中大部分物理量都是根据空速定义的,地速对飞机的操控没有多大意义,除了起飞着陆阶段等。比如攻角和侧滑角,就是空速坐标系和机身坐标系的夹角;马赫数也是空速和声速的比值;动压也是根据空速计算(注意都是空速,不是地速)……原因很简单,飞机是在空气中飞行,而不是在大地上跑。
飞机上没法直接测量地速,除非使用类似GPS的定位导航工具,或者知道风速,然后将空速和风速矢量叠加。
空速一般使用空速管进行测量,然后将动压换算成速度,并通过空速表显示。但是通常空速表上显示的速度,并不是真正的空速,因此就提出一个新的名词:
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空速管是通过测量静压和总压之差得到动压,对于不可压缩大气,动压等于
Q = 0.5 * ρ * Va^2
如果知道密度ρ,那么对应的空速Va
=
但是在海平面校准的空速表,在其它飞行高度,由于空气密度发生变化,此时表速不能再真实反映空速了。比如一个在海平面校准的空速表,在相同的动压(表速)情况下,由于高空密度小,显然在高空需要的空速更大。也就是在不同高度,相同的动压(表速)对应不同的空速,这就出现了空速不等于表速现象。
空速管的原始目的是测量空速,但是现在测量的出来的速度(表速)和空速不一致了,那怎么办呢。
当然是对测量到的表速进行修正,使表速能够正确表达空速。为了区别修正和没有修正表速,重新定义两个速度:
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既然说修正,那该如何修正呢。从上面的讨论中,可以知道,导致表速不能真是表达空速的原因是,空气密度变化了(相对校准时的环境)。因此修正就变简单了,空速管不是还可以测量静压呀,通过静压就可以知道气压高度,气压高度就可以知道密度,既然知道密度,空速就可以通过Q
= 0.5 *
另外飞机高速飞行时,空气的压缩性以及温度就不能不考虑,此时动压的表达式不再是Q
= 0.5 *
辛辛苦苦修正出那个真空速,到底有什么用呢,很可惜的告诉你,这个速度只能反应飞机相对空气的速度,还有一个作用就是用来计算马赫数=真空速/声速。
表速是从空速引申出来的,其原始目的也是为了测量空速。但是在现在,表速的意义已经远离空速了,通常不再用来反映空速。而是直接表征动压,而动压直接关系到飞机承受的空气动力,因此现在表速更多的意义是用来表征飞机的受力情况,在相同的表速下,动压相同,飞机受力大小也一致。
另外搞强度的人很讨厌那些空速什么的,因为同一个空速,在不同的高度,飞机受力不一致,这个给他们带来很大的麻烦。要是定义一个速度,无论飞机在什么地方什么高度,只要速度相同,飞机受力都一致就好了。恰好表速符合了结构强度设计工程师的要求。
从广义上讲,表速就是从仪表上读取到的数据,但是在航空领域,表速一般都指没有修正的当量空速。
表速VC(当量空速)
其中ρ0是标准海平面大气密度,