加载中…基础知识——飞行中的空速
(2011-10-07 14:36:39)
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杂谈 |
Calibrated Aiespeed(CAS)：修正速度。人工修整了IAS误差，可以从飞行员手册上读出来，基本作用是来判定速度是否超过法定限制，特别是在低速下。
然后是一个公式：
V^2 = 2*q/p
不同高度的空气密度是不同的，所以以海平面空气密度p0为标准就得出Equivalent Airspeed(EAS)：当量空速。因为这里p0是固定的，所以EAS大小只和动态气压有关。飞机机体结构强度限度基本上只受到空气压力的影响，所以关于飞机机体强度限度的速度值是用EAS。
最后是最精确的True Airspeed(TAS)：
TAS^2 = 2*((q*T)/(p*T0)) = EAS^2 * (p0/p) * (T/T0)。 这里T是温度（单位K，273加摄氏温度），p0和T0是海平面的空气密度和标准温度（1013.24hPa、288.15K），这个公式实际意思就是用飞机周围实际的空气密度和温度来代替EAS中使用的默认标准值。
根据这个公式，在飞机爬升的时候，空气密度p变小，TAS增加；周围温度下降，TAS下降。一般用每增加1000英尺，IAS多增加2%就是TAS来估算。
最后，在海平面的时候，根据公式显然TAS=EAS=CAS。
举例如下：
海平面：TAS=EAS=CAS=332，IAS=333
20000英尺高度：EAS=325，CAS=335，IAS=333，TAS=445！
马赫数：就是TAS和音速的比值，因为音速仅仅和温度有关，所以M数类似EAS，主要是空气动力方面的参数。
M =
根据公式 V^2 = 2*q/p
还有个重要的速度，就是地速GS(ground speed)。下面摘录自CFSO里面A340-300的文章:
仪飞教材中有一段公式：
飞行高度中气温+(绝对温度×标准大气压)
TAS=IAS×────────────────────
标准温度+(绝对温度×飞行高度中大气压)
也就是：
标准温度+(绝对温度×飞行高度中大气压)
IAS=TAS×────────────────────
飞行高度中气温+(绝对温度×标准大气压)
一、四种速度类型
航机上所用的速度有四种：指示空速(IAS)、真空速(TAS)、地速(GS)、马赫数(Mach)。同样，以最简单的方式说明如下：
1、指示空速：就是飞机和空气相撞的速度，也是空速表上显示的速度。
2、真空速：飞机事实上在空气中移动的速度，也就是经气压换算成海平面高度的指示空速，还不懂继续看下面……
3、地速：实际对地速度，无风时就等于真空速。这样懂了吗？
4、马赫数：就是音速的N倍。温度越高，音速越快。国中物理有教。
二、指示空速、真空速与地速
指示空速是以空速管（或称皮托管，Pitot）测出，非常简单，该多少就是多少。大型客机有些是用经大气计算器修正过的“校正空速”，这太复杂，不用理它。指示空速并不代表你飞机真正的速度，因此不能由指示空速来理解你到底飞多快（当然也可以套公式按按计算器，或飞久了凭经验也是可以推测啦）。那为何空速表不显示地速或真空速，反而要显示指示空速呢？
上文说得很清楚，那是你和空气相撞的速度。飞机因与空气相撞而得到升力并使飞操翼面得以发挥功能。因此，指示空速是飞机的气动力性能指针。同仁们有无发现，在指示空速慢的时候，不但机头翘很高，连飞机动作都不太灵活；而指示空速快的时候，机头越压越低，翼面操作则变得十分灵敏。因此指示空速对飞行员了解飞机飞行状态而言，是非常重要的参考数字。也因此，诸如收放机轮、Flap；失速速度、进场速度、最大XX操作速度……诸多飞行性能参考速度等，都用指示空速。当然也有例外，详见下文“马赫数”部份。
由于指示空速是和空气相撞的速度，因此空气越稀薄，“撞击力道”就变小。当我们固定N1值、马赫数或油门位置爬升时，尤其到了三万呎以上还继续爬，我们会很震惊地发现指示空速显著地越来越小，给我们一种飞机“没力了”、速度越来越慢的感觉。其实你看看此时的地速，可能还是在逐渐增加当中；但若是速度持续一直下降个没完没了，那意味着你真的把飞机搞没力了，升力快消失了！此时则应减少上升率或多推点油，否则就等着失速警告响吧。现在同仁们应该能了解，指示空速虽然不能作为飞行速度的精确依据，但对操控飞机则是非常重要的参考指针。
飞行时我们通常不理会经大气计算器算出来的真空速，若没有转换为地速，实在是没什么实质上的参考价值。真空速转换为地速，则是扣除风的效应。如真空速200节，顶风10节，则地速为190节。所幸我们不必这么无聊的去算它，FS2000的GPS窗口打开，GS就显示出来了；FS98则无，但可以挂上如NavDash之类的软件，或采用一些有显示地速在PFD（主飞航显示屏，通常中间是摆姿态仪）上的仪表，但很多都是Shareware，要美金的；另也可暂时将FS98仪表设定为显示真空速，详见仪飞教材。
地速才是你实际相对地球表面飞行的速度。我们可以玩一个游戏，我试过，真的可以玩：西斯纳“垂直起降机”
1、西斯纳停在任何机场跑道，Flap全放。
2、另设风向顶风，风速80节。
3、油门全开。
4、飞机此时就自动抬头起飞，但却是向后倒退，空速表约指向62～65不等。
5、升到安全高度，如1000呎时，调配平压机头（按数字键的"7"），IAS会增加。
6、待空速表精确指向80时，你会发现飞机几乎是静止定在空中。
7、80不等于0，故得证。
※在FS98的<Goto Exact Position>或FS2000的<Map View>中所设的速度是地速，所以你飞机摆得越高，得设越快，否则一激活可能就失速下坠。
※FS的录像文件播放时仪表显示为地速。
※FS飞行中按<Shift-Z>显示的速度为指示空速，同仪表显示。
三、马赫数
前文中的长程机型性能表格已解释得很清楚，因音速和温度相关，高度越高温度越低，音速越慢。因此，同样要达到一个马赫数，在低空时要比高空时来得拼命些。这也意味着，同一个马赫数，低空要比高空来得快。
问题来了。马赫数既然也很不固定，为何高空巡航时都用马赫数而不用指示空速、真空速或干脆用地速？
我们进FS用其内建的737或777仪表来做个实验。看到空速表（指针式）上红白相间的指针了吗？相信大家都有经验，超过那根针，超速警告就会响。好，起飞前先看清楚那根针在什么位置，然后咱们一飞冲天。咦？那根针随着高度越高它越往下降了！难道FS有BUG？不是说指示空速是飞机撞空气的速度吗？照理说这个速度限制应该是固定的才是。不多说，再飞一趟测数据！
试飞机型：FS2000内建737-400
巡航高度
FL310
FL320
FL330
FL340
FL350
它竟然跟音速有关系，原来那根针是会随着马赫数移动的。低空它不动，因为最大马赫数限制(Mmo)还在“破表”阶段；而大约到了18000呎左右指针开始下降，因为音速降下来了。
再看上表，若前文尚未融会贯通者一定会想不通一点：FL370以上不是同温层吗？温度固定，音速也固定，为何维持同一马赫数，越往高处爬，IAS还是一路往下掉？至于为什么，自己慢慢想吧！好玩的逻辑陷阱，保证前文有提过，可检验自己是否为数理逻辑容易短路的人。这样的人很难当机师喔！
言归正传，为什么要限制马赫数？各位有没有听过一个名词，叫“音障”？这两个字可是害死了不少二次大战及战后初期的优秀飞行员。战争末期战斗机的马力已提高到两千匹左右，虽然平飞时仍无法接近音速，但从高空向下高速俯冲可就很难说了。于是经常发生离奇案件，明明指示空速不快，飞机就震动、拉不动杆、扭曲变型，甚至空中解体。原来这些英勇的飞行员当时已接近音速了。
简单的说，飞机向前移动会推挤空气，空气被推挤除了对飞机产生相对压力外，也会像水一样产生震波；而此震波是以音速向外扩散出去。在速度慢时感受不太出来，但慢慢接近音速时，前方被挤压的空气便挤成一团，震波越来越难散出去了，对机身造成的压力也就越来越大，一直到一马赫的速度为临界点。超过一马赫，等于飞机钻出了这死胡同，这堆压缩气体被忽然释放，于是就“轰”的一声形成“音爆”。
因此，越接近音速，机身结构所承受的压力越大。是故目前巡航于高空的喷射客机都用马赫数来指定最大速限及巡航速度等数值。就速度规范上来说，在高空马赫数比指示空速更具意义。因为在高空往往还没达到指示空速的速限时，就先撞到马赫数的限制了。
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