空速管是個(gè)什么玩意兒

高攀升

對(duì)于飛行來說，最重要的飛行參數(shù)莫過于高度、速度和升降速度，準(zhǔn)確測量這些參數(shù)對(duì)于判定飛行狀態(tài)和正確操作飛機(jī)都有十分重要的意義。要準(zhǔn)確測量這些參數(shù)，需要依賴一套完整的全靜壓系統(tǒng)，特別是其中一個(gè)小小的部件——空速管。空速管雖然不起眼，卻是飛機(jī)上最重要的傳感器之一。在1996年2月6日，土耳其伯根航空301號(hào)班機(jī)，一架波音757客機(jī)，因?yàn)榭账俟鼙焕ハx筑巢堵塞，在從圣多明各機(jī)場起飛5分鐘后墜毀，機(jī)上189人無一生還。看來這小小的空速管好似隱藏了很深的玄機(jī)，那我們就來揭它開背后的奧秘。

標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度與指示空速

飛行的高度和速度無法直接地測量，卻可以通過測量大氣參數(shù)間接獲得。飛機(jī)一般在對(duì)流層和同溫層底層飛行，在這一區(qū)間里，大氣的壓力隨著高度的升高有遞減的趨勢，且每一高度上氣壓與高度值都存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，那么通過測量當(dāng)前高度的氣壓可以間接推算出當(dāng)前高度值。然而在不同季節(jié)和不同地區(qū)氣壓與高度的對(duì)應(yīng)關(guān)系并不一致，為了滿足飛機(jī)儀表標(biāo)準(zhǔn)化需求，必須按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的大氣物理性質(zhì)進(jìn)行換算，因而國際民航組織（ICAO）制定了國際標(biāo)準(zhǔn)大氣（ISA）。國際標(biāo)準(zhǔn)大氣（ISA）以北半球中緯度地區(qū)大氣物理性質(zhì)的平均值為依據(jù)并加以適當(dāng)?shù)男拚贫?，只要以國際標(biāo)準(zhǔn)大氣為依據(jù)，那么氣壓與高度之間就有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由測量的氣壓值對(duì)應(yīng)得到的高度值就是飛機(jī)當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度。標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度是國際上通用的高度，主要防止同一空域、同一航線上的飛機(jī)在同一氣壓面上飛行時(shí)兩機(jī)發(fā)生相撞。

當(dāng)氣流相對(duì)于飛機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在正對(duì)氣流方向的飛機(jī)表面，氣流完全受阻，氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能和內(nèi)能，此處的氣壓會(huì)升高。當(dāng)前高度的真實(shí)氣壓為靜壓，迎風(fēng)表面測得的氣壓為總壓，又稱全壓，全壓與靜壓之差為動(dòng)壓。若不考慮空氣壓縮性，認(rèn)為空氣的密度和溫度基本不變，動(dòng)壓與空速的平方成正比。按照標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下動(dòng)壓與空速的關(guān)系，測量當(dāng)前動(dòng)壓而得到的空速為指示空速。指示空速又稱表速，未經(jīng)過任何補(bǔ)償，只是近似反應(yīng)當(dāng)前的真實(shí)空速。

空速管與全靜壓系統(tǒng)

空速管是測量當(dāng)前高度的靜壓和飛行全壓的裝置。空速管通常裝在機(jī)身前部的兩側(cè)或者機(jī)頭正前方，有的機(jī)型裝在機(jī)翼或尾翼上，也有些機(jī)型將空速管和測量迎角用的迎角探測器組合安裝在機(jī)頭的兩側(cè)?？账俟艹蝻w機(jī)飛行方向安裝，以便準(zhǔn)確測量相對(duì)氣流方向的速度。

空速管一般由兩個(gè)同心圓管組成，內(nèi)圓管為全壓管，外套管為靜壓管。內(nèi)圓管在前端開有總壓孔用來采集迎面氣流的全壓，外套管在管壁均勻開有一排靜壓孔用以采集當(dāng)前高度的靜壓。需要說明的是，并不是只有空速管可以采集靜壓，機(jī)身兩側(cè)還有獨(dú)立的靜壓口專門采集靜壓；另外有些機(jī)型的空速管沒有靜壓管，只能采集全壓，而用機(jī)身兩側(cè)的靜壓口采集靜壓?？账俟軆?nèi)部還有電加溫裝置，以防止在空速管內(nèi)凝結(jié)的水汽結(jié)冰堵塞空速管。

使用膜盒壓力表測量外套管氣壓可直接得到靜壓，測量內(nèi)外套管的壓力差可得到動(dòng)壓，也可以測量外套管的氣壓變化率得到靜壓變化率。如果將測量靜壓、動(dòng)壓和靜壓變化率的三塊膜盒壓力表的刻度分別改為標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下與之對(duì)應(yīng)的高度、速度和高度變化率，那么指針指示的就是當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度、指示空速和升降速度。傳統(tǒng)的機(jī)械式高度表、速度表和升降速度表的工作原理就是這樣的。

空速管、靜壓口、膜盒式儀表以及連接它們的氣壓管路共同組成了全靜壓系統(tǒng)。老式的小飛機(jī)往往只有一套全靜壓系統(tǒng)；老式的大型飛機(jī)上正副駕駛分別使用各自獨(dú)立的一套全靜壓系統(tǒng)，并且兩套系統(tǒng)之間有轉(zhuǎn)換開關(guān)，以方便一方的全靜壓系統(tǒng)故障時(shí)可以迅速切換至另一套系統(tǒng)。現(xiàn)代飛機(jī)全靜壓系統(tǒng)中使用數(shù)字傳感器將空速管和靜壓口采集的氣壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，使用大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)（ADC）處理這些數(shù)字信號(hào)，并用電纜線代替氣壓管路進(jìn)行信號(hào)傳遞，并使用數(shù)字顯示器進(jìn)行顯示。典型飛機(jī)有三套獨(dú)立的ADC，正副駕駛各使用一套ADC作為各自電子顯示器的數(shù)據(jù)源，另外一套作為備用數(shù)據(jù)源。然而可以想象，一旦飛機(jī)上的電源失效，ADC及電子顯示器就會(huì)停止工作，所以現(xiàn)代飛機(jī)都會(huì)保留一套傳統(tǒng)的全靜壓系統(tǒng)作為備用，使用的是傳統(tǒng)的氣壓式高度表和指針式空速表。

大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)

指示高度和指示空速是將靜壓和總壓依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)大氣條件換算得到的，并沒有進(jìn)行修正。一方面大氣數(shù)據(jù)不僅包括全壓、靜壓數(shù)據(jù)，還包括總溫?cái)?shù)據(jù)；另一方靜壓口測量的靜壓并不會(huì)完全等于飛機(jī)外的靜壓，飛機(jī)的迎角、側(cè)滑、襟翼和起落架位置等因素都會(huì)影響靜壓的測量，因此需要對(duì)靜壓源誤差進(jìn)行校正。大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)（ADC）會(huì)采集以上所有數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，完成數(shù)據(jù)的校正。

傳感器輸送至ADC的信號(hào)應(yīng)當(dāng)為數(shù)字信號(hào)。以空速管為例，靜壓管和總壓管感應(yīng)到的氣壓信號(hào)應(yīng)當(dāng)通過壓阻式傳感器或者壓頻式傳感器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)再輸送至ADC。同時(shí)總溫信號(hào)、迎角信號(hào)、側(cè)滑角信號(hào)、以及襟翼和起落架位置信號(hào)等都需要輸入ADC進(jìn)行運(yùn)算，最終得到校正后的較為準(zhǔn)確的高度、空速及升降速度。

ADC計(jì)算的數(shù)據(jù)一方面?zhèn)魉偷礁鲀x表，比如在正副駕駛員飛行儀表板上的主飛行顯示器上顯示，供駕駛員了解當(dāng)前飛行狀態(tài)；另一方面通過數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)狡渌O(shè)備，比如飛行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等。

空速管與全靜壓系統(tǒng)的維護(hù)

按照飛機(jī)維護(hù)手冊，當(dāng)飛機(jī)在地面停放時(shí)必須將空速管加上保護(hù)堵蓋，以防進(jìn)入外來物將空速管堵塞。保護(hù)堵蓋帶有一條鮮艷的紅色飄帶，印有“起飛前取下”字樣，以提醒機(jī)務(wù)人員在飛機(jī)起飛前及時(shí)取下。在飛機(jī)進(jìn)行地面清潔或者噴漆時(shí)，空速管和靜壓口都要進(jìn)行保護(hù)。另外靜壓口和空速管附近的蒙皮區(qū)域?yàn)闉闅鈩?dòng)敏感區(qū)域，必須保持光滑無損傷，以免影響全靜壓的測量精度。

另外飛機(jī)的整個(gè)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)在指定周期內(nèi)必須進(jìn)行測試校準(zhǔn)。一般使用大氣數(shù)據(jù)模擬器來模擬特定高度和空速下的大氣數(shù)據(jù)特性，即大氣的動(dòng)壓和靜壓，并將模擬的大氣與飛機(jī)空速管相連接，讓飛機(jī)全靜壓系統(tǒng)采集大氣數(shù)據(jù)并進(jìn)行運(yùn)算，檢查確認(rèn)駕駛艙儀表的讀數(shù)與模擬器制造的大氣數(shù)據(jù)特性是否一致，并進(jìn)行校準(zhǔn)。

小失誤釀成大災(zāi)難

我們再來回顧伯根航空757客機(jī)墜毀的案例。失事的客機(jī)曾在圣多明各機(jī)場停留了三個(gè)星期，這三個(gè)星期里飛機(jī)的空速管始終未被套上保護(hù)蓋。而飛機(jī)在機(jī)場被閑置或等候任務(wù)時(shí)，必須為空速管加上保護(hù)堵蓋，機(jī)務(wù)人員的失誤給了當(dāng)?shù)氐暮湟钥沙弥畽C(jī)，這種胡蜂極有可能在這段時(shí)間內(nèi)在空速管內(nèi)筑巢，造成了空速管的堵塞，因而造成了飛機(jī)下次運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤的空速顯示。

當(dāng)然機(jī)長還是要承擔(dān)主要的責(zé)任，因?yàn)樗谄痫w滑行階段發(fā)現(xiàn)自己的儀表顯示的空速信息錯(cuò)誤時(shí)，沒有及時(shí)終止起飛，這屬于嚴(yán)重違規(guī)行為?？赡芩麑?duì)自己過于自信，認(rèn)為可以在空中把問題解決掉，但卻要以機(jī)上189人的生命為賭注。飛機(jī)升空后，主駕駛空速表讀數(shù)看似回復(fù)正常，但機(jī)長并沒有確認(rèn)正副駕駛的空速表讀數(shù)哪個(gè)正確，而是接通了自動(dòng)駕駛，使得自動(dòng)駕駛儀按照主駕駛空速表錯(cuò)誤的讀數(shù)引導(dǎo)飛機(jī)飛行，在此期間機(jī)長始終沒有對(duì)空速做出正確判斷。雖然副駕駛和機(jī)械師做出了正確的判斷，但副駕駛并沒有及時(shí)接管飛機(jī)，只是在引導(dǎo)機(jī)長進(jìn)行正確操作。而機(jī)長慌亂中錯(cuò)誤操作飛機(jī)，最終造成了飛機(jī)失速墜毀。

同年的10月，秘魯航空603號(hào)班機(jī)，同樣是波音757客機(jī)，再次上演了這樣的悲劇。這次事故的起因是勤務(wù)人員在進(jìn)行飛機(jī)清潔后忘記將覆蓋在靜壓口上的膠帶除下，且機(jī)長在起飛前檢查時(shí)也沒有發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致飛機(jī)升空后無法獲取準(zhǔn)確的靜壓數(shù)值，因而高度、速度信息顯示失靈，最終導(dǎo)致飛機(jī)墜毀。

從這兩起空難中我們可以看出，雖然起因是小小的失誤，但最終的結(jié)果卻是由多個(gè)人為差錯(cuò)造成的。事故的原因不是單一的，往往涉及許環(huán)節(jié)，就類似一條事故鏈，而只要有人將任何一個(gè)環(huán)節(jié)截?cái)?，?zāi)難就不會(huì)發(fā)生。

責(zé)任編輯：王鑫邦