Как измеритель Маха определяет скорость звука на заданной высоте?

Вопросы / ответыКак измеритель Маха определяет скорость звука на заданной высоте?
0 +1 -1
flyman Админ. спросил 5 месяцев назад

По моему мнению, число Маха на данной высоте рассчитывается путем деления IAS на скорость звука на этой высоте. Итак, как эта скорость звука рассчитывается для отображения числа Маха на счетчике Маха? Имеет ли счетчик Маха ту же трубку Пито, которая используется для расчета воздушной скорости?

3 ответ
0 +1 -1
flyman Админ. ответил 5 месяцев назад

Большинство современных самолетов используют компьютер данных воздуха (АЦП) для вычисления (среди прочего) числа Маха.

АЦП
Компьютер Данных По Воздуха

АЦП — это просто компьютер, который принимает измерения атмосферных данных для расчета различных данных, связанных с полетом.

Типичный АЦП может быть подключен1

1

:

Входной

  • Статическое Давление Системы
  • Давление Пито
  • Общая температура воздуха (ТАТ)

Выходы (Рассчитанные)

  • барометрическая высота
  • Baro-Скорректированная Высота
  • вертикальная скорость
  • число Маха
  • Общая Температура Воздуха
  • Калиброванная Скорость Полета
  • истинная скорость
  • Оцифрованная Высота Давления (Gillham)
  • Высота Трюма
  • Трюм Воздушной Скорости
  • Mach Hold
  • Планирование Усиления Управления Полетом.

Каждый из входов и выходов может быть аналоговым или цифровым в зависимости от конструкции системы и использоваться для многих целей по всему самолету. Каждый выход представляет собой чисто вычисленное значение, основанное на различных входных измерениях и данных, хранящихся в блоке.

Чтобы ответить на ваш вопрос об источнике Пито для счетчика Маха: Да, они используют те же Пито и статические источники, что и индикатор воздушной скорости.

В случае механических инструментов, они оба соединены сразу с системой pitot статической.

В случае АЦП статическая система pitot подключается непосредственно к АЦП, а затем электрические сигналы передают воздушную скорость и номер Маха на электрический индикатор воздушной скорости и счетчик Маха (или EFIS), которые больше не требуют фактических статических соединений pitot.


математика

Упрощенный пример вычисления числа Маха2

2

будет основываться на входах давления:

M a c h  n u m b e r = 5 ((P T / P S + 1) 0.2857 1) 1 2

Mach number=5((PT/PS+1)0.28571)12

Где:

PT

PT

= общее давление
PS

PS

= статическое давление

Фактический расчет вносит коррективы в данные давления для компенсации ошибок установки и нелинейных показаний датчика.

Обратите внимание, что он фактически не вычисляет (локальную) скорость звука (LSS), чтобы определить текущее число Маха, но с входом TAT и вычисленным числом Маха он может вычислить его, сначала рассчитав температуру наружного воздуха (OAT/SAT:

S A T = T A T 1 + 0.2 × M A c h 2

SAT=TAT1+0.2×Mach2

L S S = 38.945 S A T

LSS=38.945SAT

Например, предположим, что TAT — 36C (237.16 K), и мы летим Mach 0.80:

SAT=237.161+0.2×0.82=237.161.128=210.25°K=63°C

SAT=237.161+0.2×0.82=237.161.128=210.25°K=63°C

L S S = 38.945 210.25 = 38.945 × 14.5 = 564.70 K n o T s

LSS=38.945210.25=38.945×14.5=564.70knots

Опять же, это упрощенные формулы, потому что фактические будут учитывать ошибку датчика и т. д.


1

1

Список входов и выходов, полученных с компьютеров Air Data.
2

2

Формула от работы датчика TAT и уравнения .

flyman Админ. ответил 5 месяцев назад

Спасибо за хороший ответ! Возможно ли для метра Mach определить скорость звука от TAT самостоятельно, без любого входного сигнала от статической системы?

flyman Админ. ответил 5 месяцев назад

@shortstheory к сожалению, нет, но не по самой очевидной причине. Вам нужно знать SAT, чтобы рассчитать скорость звука, но для того, чтобы рассчитать SAT, вам нужно знать свою скорость полета, чтобы рассчитать подъем ram (разницу между TAT и SAT), вызванный полетом на высокой скорости. Для всех практических целей АЦП нужны все три входных сигнала, чтобы произвести какие-либо значимые вычисления….

flyman Админ. ответил 5 месяцев назад

@shortstheory я добавил пример расчета, который может быть использован для определения скорости звука.

flyman Админ. ответил 5 месяцев назад

Еще раз спасибо! Но у меня есть еще один вопрос. Mach 0.8 в таком LSS означает IAS почти 450 узлов. Это намного выше, чем 250 KIAS/Mach 0.86 моего 747 в FS2004 на 40000 футов 😉 откуда возникает разница?

flyman Админ. ответил 5 месяцев назад

@shortstheory Ahhh, это лишь небольшая разница в терминологии, но Mach 0.8 в этом LSS-это TAS (истинная скорость полета) почти 450 узлов, а не IAS (указанная скорость полета). Из-за более низкой плотности воздуха на больших высотах, индикатор скорости воздуха читает более низко чем он на такой же скорости вниз на более низкой высоте. АЦП, как правило, также вычисляет TAS (см. список выходов выше). Вероятно, у вас есть показания TAS где-то в кабине 747, которые вы можете использовать для проверки этого. 🙂

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 5 месяцев назад

(Аналоговый) мачметр выглядит примерно так:

мачметр

Таким образом, это больше похоже на более сложную версию индикатора воздушной скорости, в этом случае корректируя высоту в процессе. При этом я нашел этот отрывок, по-видимому, из публикации FAA:

Некоторые более старые механические Мачметры, не приводимые в действие компьютером данных воздуха, используют анероид высоты внутри прибора, который преобразует статическое давление Пито в число Маха. Эти системы предполагают, что температура на любой высоте является стандартной; поэтому указанное число Маха является неточным всякий раз, когда температура отклоняется от стандартной. Эти системы называются индикаторными Махметрами. Современные электронные Мачметры используют информацию от компьютерной системы данных о воздухе для исправления температурных ошибок. Эти системы отображают истинное число Маха.

Большинство систем сегодня используют более подробные данные от датчиков, чтобы дать правильное значение с помощью различных (сложных) вычислений.

Немного больше обсуждения доступно на PPruNe .


Примечание: скорость звука (есть

a

) сам по себе определяется исключительно температурой (при этом вы можете определить ее по давлению, поскольку давление зависит от температуры), следовательно, проблема с аналоговой системой выше.

Для воздуха:

A = R γ T  m / s

a=RγT m/s

Где:

R=287

R=287

Удельная газовая постоянная [безразмерная]

γ=1.4

γ=1.4

Удельный коэффициент тепла [безразмерный]

T=

T=

Абсолютная температура [K]

Помните, что вы считываете указанную скорость полета [IAS] в узлах в кабине, что не совпадает с истинной скоростью полета [TAS], преобразованной в m/ s, в случае, если вы пытаетесь выработать скорость Маха вручную (M=TASa

M=TASa

)

Для использования без знания скорости и температуры воздуха Википедия дает следующую формулу для дозвуковых потоков:

M = 5 ((P T P + 1 ) 2 7 1 )

M=5((PTP+1)271)

Где:

PT=

PT=

общее давление

P=

P=

статическое давление

flyman Админ. ответил 5 месяцев назад

Газовая константа сухого воздуха (R_d) не безразмерна, она имеет единицы J кг-1 к-1. Вы правы на других единицах, так что R гамма t имеют единицы м2 s-2, и правильные единицы м/с, когда квадратный корень берется.

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 5 месяцев назад

Мачметр не определяет скорость звука. Это даже не нужно:

M A c h  N u m B e R = P TP S P S

Mach Number=PTPSPS

Число Маха — это просто отношение между полным давлением минус статическое давление, деленное на статическое давление.

Вот почему:

M A c h  N u m b e R = T A S L S S

Mach Number=TASLSS

Число Маха-истинная скорость полета по сравнению с локальной скоростью звука

T A S = I A S T ÷ P ÷ 16.97

TAS=IAST÷P÷16.97

Преобразуя указанную скорость в истинную, нужно умножить на квадратный корень абсолютной температуры (в °к)

L S S = 38,94 T

LSS=38.94T

Также локальная скорость звука прямо пропорциональна квадратному корню абсолютной температуры (в °к)

Если вы разделите T A S = I A S T ÷ P ÷ 16.97

TAS=IAST÷P÷16.97

от L S S = 38,94 T

LSS=38.94T

, этот T

T

отменит друг друга.

M A c h  N u m B e R = I A S P x

Mach Number=IASPx

IAS у нас уже есть, это динамическое давление минус статическое давление, и P

P

это просто статическое давление, или, как я сказал в начале:

M A c h  N u m B e R = P TP S P S

Mach Number=PTPSPS

Смотрите, нет термометра… только динамическое и статическое давление.

flyman Админ. ответил 5 месяцев назад

Этот ответ не складывается. Например, уровень моря в атмосфере @ ISO, скорость = 200 узлов = 102,9 м/с, A = 340.3 м / с. M = V / A = 0.3, но ваше уравнение приводит к M = 0.06

flyman Админ. ответил 5 месяцев назад

какое уравнение вы используете, чтобы получить 0.06? помните, что T находится в Кельвине, а P должно быть в Pa. Вы заметили, что в уравнении есть постоянный множитель «x»?

flyman Админ. ответил 5 месяцев назад

p T = p S + 1 2 γ γ γ P S ⋅ M 2

pt=ps+12γpsM2

. Все блоки блоки блоки SI, давление в Pa, V в m/s. Я не вижу константы x в ваших первом и последнем уравнениях.

flyman Админ. ответил 5 месяцев назад

хорошо, но как вы используете это, чтобы добраться до pt из V, без использования M? .. вы не можете использовать M для поиска pt, который затем используется для поиска M .. если я чего-то не упускаю

flyman Админ. ответил 5 месяцев назад

Почему бы и нет? Уравнение должно сохраниться. Обе стороны знака = должны быть равны. Начните с V, скорость звука известна, M следует, pt

pt

далее вычисляется правая часть уравнения, которая должна быть равна левой части уравнения.