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为什么中国有些战斗机的机头上会有一根很长的针状物,这是什么原理?

为什么中国有些战斗机的机头上会有一根很长的针状物,这是什么原理?
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2022-07-19

空速管是飞机重要的大气数据传感器,空速管是一种测量压强的仪器,可用来测量流体运动速度。皮托管由法国工程师亨利·皮托于十八世纪初发明,并在十九世纪中叶由法国科学家亨利·达西改进为现在的样子。皮托管通常用于测量飞行器的空速和工业设施中的气体的流动速度。

最基本的皮托管具有一个直接处于气流中的管道。可在此管充有流体后测量其压差;由于管道中并无出口,流体便在管中停滞。此时测量的压强为流体的滞压,也称为总压。

滞压/总压 = 静压 + 动压,数据计算机再通过伯努利全静压方程等计算式来换算得飞行控制所需的飞行速度、升降速度和大气压力等数据。

战斗机,在试飞阶段中是必须少不了机头空速管的。

空速管在使用中要受到气流干扰,空速管的长度越大,前端测压口与机体的距离越远,所测量的静压就越接近大气真实静压。因此,为提高测量精度,准确测量总压、静压,空速管轴向应尽量与气流方向平行,空速管的最佳安装位置就是在与机身轴线相同的机头前方,数据计算机的误差修正精度、换算得的数据更容易保证。

F-117机头的红布条,即为空速管。

空速管并非是我国战斗机上所独有的,只是你看到了我国战斗机的空速管多是布置在机头位置。从70年代开始,国外的战斗机转而采用机身空速管设计。虽然在数据采集的精度上,机身空速管要差于最佳位置上的机头空速管,但通过对称设置多个L型空速管,利用大气数据计算机更强的数据处理和修正程序的误差补偿,也可保证测量的精度。机身空速管的更为轻便,安装位置更为灵活。

JF-17“枭龙”和F-22,机头没有空速管,是布置在了机身上。

而目前空速管,不论是机头空速管还是机身空速管,都以开始取消,转像了大气数据传感器技术,对隐身、对高超音速飞行都更为有利。所以,正如我国最新的歼-20等,已经取消了机头空速管,采用与机身融为一体的大气数据传感器。

2022-07-19

那种针状物的学名叫空速管,也叫皮托管、总压管、总-静压管。它是感受气流的总压(也称全压)和静压,并将测得的压力数据传送给大气数据计算机、飞行仪表的装置。

空速管这种航空装置主要是用来测量飞行速度的,同时还兼具其它多种功能。

空速管是飞机上极为重要的测量工具,安装位置一定要在飞机外面气流较少受到飞机影响的区域,一般在机头正前方,垂尾或翼尖前方。

飞机在亚声速飞行时,空气因受机体的扰动作用,在其周围形成了一个飞机绕流场,而空速管探测到的气流静压实际上是飞机绕流场中的静压。

空速管测量出来的速度并非是飞机真正相对于地面的速度,而只是相对于大气的速度,所以称为空速,如果有风,飞机相对地面的速度(称地速)还应加上风速(顺风飞行)或减去风速(逆风飞行)。

在我军装备的战斗机中,采用机头进气方式的歼-6/7的空速管是安装在机头下,可以设置相当长的探杆,缺点是结构重量过大,对地面活动的影响也比较多;歼-7将空速管缩短后移到机头侧面;歼-8 II和歼轰7则采用较短的机头锥空速管;苏-27/歼-11和歼-10也是机头雷达罩前空速管,只不过利用安装位置优势缩短空速管长度。在2014年亮相的歼-10B和JF-17上则是进一步取消了机头空速管,这一特点也在国外多型战斗机的新升级改型中出现。

尽管空速管技术是目前最成熟、应用最为广泛的大气数据测量技术,空速管直到现在仍然是飞机空速测量的重要手段。但远期来看随着航空航天技术的发展,新技术的出现以及新飞行器特殊的飞行要求等综合因素下,传统的空速管的新问题和无法满足新需要开始凸显。特别是在当下几个主要军事强国争相发展的高超音速飞行器领域,空速管的上述问题更为突出。

在60年代,美国国家航空航天局为了满足航天飞机进入大气层时的大气数据测量需求,提出了融于飞行器表面流线的大气数据传感器技术,开始了对嵌入式大气数据传感系统的研究,由于嵌入式大气数据传感系统的压力传感器一般置于机体内,这使其更能适应未来高超声速飞行器的恶劣严苛的飞行环境。

2022-07-19

其实就笔者来说,这是最常见的不过的空速管,所谓空速管也叫皮托管、总压管、总-静压管。它是感受气流的总压(也称全压)和静压,并将测得的压力数据传送给大气数据计算机、飞行仪表的装置。空速管这种航空装置主要是用来测量飞行速度的,同时还兼具其它多种功能。空速管除了叫皮托管,总压管、风向标外,也叫气流方向传感器或流向角感应器,与精密电位计(或同步机或解析器)连接在一起,提供出一个表示相对于大气数据桁架纵轴的空气流方向的电信号。空速管是飞机上极为重要的测量工具。它的安装位置一定要在飞机外面气流较少受到飞机影响的区域,一般在机头正前方,垂尾或翼尖前方。飞机在亚声速飞行时,空气因受机体的扰动作用,在其周围形成了一个飞机绕流场,而空速管探测到的气流静压实际上是飞机绕流场中的静压,它比当地实际大气静压高,也就是测得的压力系数是正值,它取决于空速管的位置误差,同时为了保险起见,一架飞机通常安装2套以上空速管。有的飞机在机身两侧有2根小的空速管。美国隐身战斗机F-117在机头最前方安装了4根全向大气数据探管,因此该机不但可以测大气动压、静压,而且还可以测量飞机的侧滑角和迎角。有的飞机上的空速管外侧还装有几片小叶片,也可以起到类似作用;垂直安装的用来测量飞机侧滑角,水平安装的叶片可测量飞机迎角。为了防止结冰,空速管被加温――对探头进行加温防冰可以防止结冰堵塞测量孔,影响探测精度。为了防止动/静压系统积聚水分,在空速管设有排水孔和动/静压系统管路设有排水接头。

就空速管的结构来说,由两个同心圆管组成,内圆管为总压管,外套管为静压管。 空速管测量飞机速度的原理是这样的,当飞机向前飞行时,气流便冲进空速管,在管子末端的感应器会感受到气流的冲击力量,即动压。飞机飞得越快,动压就越大。如果将空气静止时的压力即静压和动压相比就可以知道冲进来的空气有多快,也就是飞机飞得有多快。比较两种压力的工具是一个用上下两片很薄的金属片制成的表面带波纹的空心圆形盒子,称为膜盒。这盒子是密封的,但有一根管子与空速管相连。如果飞机速度快,动压便增大,膜盒内压力增加,膜盒会鼓起来。用一个由小杠杆和齿轮等组成的装置可以将膜盒的变形测量出来并用指针显示,这就是最简单的飞机空速表。

历史上的航空事故,就有因为空速管堵塞,或者空速管故障,而使飞行员无法感知飞行参数,使飞机失事的情况出现,所以保持空速管的正常状态是地勤维护的一项重要工作,而就最新的战斗机和飞机设计中,空速管不再以针状管的形式存在,而改为了内埋式的小孔,这样一方面是考虑针状管对飞机隐身不利,另一方面则是考虑到针状空速管对飞机的气动影响,以利更好的飞行性能。

实不只是中国空军的战机,很多国家军队的战斗机上都安装有这一装置。

歼8-2战机

这种装置实际上是空速管,主要用途就是探测飞机的速度,这是飞机在作战时极为重要的数据参数,提供给飞行员让其根据需要进行下一步的操作。而关于空速管的具体原理,其实也很简单,当飞机飞行时,势必就会受到气流的冲击,由此会产生一定的压力。而飞机飞的越快,这个压力也就会越大,同时通过其他的仪器一起,就能计算出飞机的速度了。

米格21的经典形象中,这个空速管是必不可少的

而空速管其实在很多战机上都可以看到,比如著名的米格21战斗机,就装备着一个长长的空速管,和其巨大的进气锥、大三角翼一起构成了其经典的外形。而当时很多战机也装备有这种装备,比如F16等,就同样装备过空速管,但是后来随着电子技术的发展,再加上空速管外型突出,会有阻力等不利影响,空速管逐渐被淘汰,被更优秀的内置传感器所取代。

F16也装备有空速管

中国空军的很多战机实际上是比较老的,比如歼7、歼8、歼8II、苏27、苏30MKK、歼11等,实际上是有些年头的了,也没有必要再进行取消空速管的改进。而像歼10战机,虽然歼10A装备有空速管,但是到了后来的歼10B/C型,已经取消了空速管,机头也显得更加顺滑。

歼10C已经没有空速管这一装备了

实际上很多外国战机也是如此,出于可靠性的需求,包括五代机在内的很多战机,其实也是用过空速管的,不过一般是在验证机或者试飞阶段使用,正式生产时这个空速管就已经被取消了。比如美军的F35战机在进行早期试验时,就同样装备有空速管,但是到了正式生产型,已经消失不见了。

早期试验阶段的F35是装备有空速管的

在将来,空速管这一装备必将会被全面淘汰,被更优秀的传感器等新式电子设备所取代。

2022-07-19

图注:美制F-16战斗机,机头位置也可以看到凸出的空速管


不光是中国战斗机的机头上可以看到这种前伸出来的针状物,其他国家的战机上也不难看到相似的现象,这种机头前方探出来的针状物,就是空速管。

空速管,是战斗机飞行姿态的传感器,它通过感受战机飞行中迎面气流的压力变化,传送给大气数据计算机、飞行仪表,从而解算出战机飞行时的姿态参数变化,提供给飞行员作为操作战机的参考依据。为了保险起见,有的战机甚至会安装2套以上空速管。单纯通过空速管对飞行姿态数据的采集自然是不够的,战机还有压力传感器、迎角、侧滑角传感器等等,这些传感器基本上都分布在飞机机头附近,像空速管这样,通常都是在机头正前方伸出去,而迎角、侧滑角传感器等都分布在雷达罩四周,状似“手枪”一样,传感器数量很多,有时是为了余度考虑的,有时是在不同位置感受的姿态不一样。

战机身上包括空速管在内的传感器,毕竟属于突出物,成为战机飞行时的阻力因素,或者成为破坏隐身效果的不利因素而起到一定消极作用,因此从第四代隐身战机开始,传统的空速管的身影就看不到了,甚至一些经过最新改造升级的三代机身上,原先有空速管的也完全取消了。比如中国歼-10战斗机上,早期机型身上就可以看到机头有明显伸出的空速管,而在歼-10B飞机上就看不到了。

图注:中国空军早期服役的歼-10战斗机,机头前端伸出明显的空速管


歼-10B机头上看不到空速管了,感觉好像干净了许多。实际上,执行飞行姿态感知的传感器,是不可能取消的,看不到传统传感器,说明它可能使用了新技术传感器,比如机头前方没有空速管,可能是因为在机头其他地方设计了内置式的气压孔,通过采集气流以后解算,实际上的功能与传统的伸出式空速管完全一样,用新技术手段取代传统空速管,好处当然就是有利于隐身,空速管作为一个杆状物,伸出在机头,本身就是一个明显的反射体。

图注:目前经过升级改造的新型歼-10战斗机,其机头位置已经看不到空速管的身影了


总体来说,战斗机的飞行姿态传感器会越来越小,趋向于内置设计,但数量不会变少,因为理论上,要用电子器件代替机械器件,至少要备份四套,解决余度问题。

2022-07-19

这个问题老梁来回答。

这玩意,别说咱家有,老外一样也是有的,瞅起来长长的就像一个矛尖。

俺第一次瞅见的时候,就感觉这玩意不会是飞机子弹打光了,拿着拼刺刀?戳对方油箱用的吧!一戳一个窟窿,指不定哄的一家伙对方就爆炸了。

现在想起来这个想法的时候,就感觉还是自己太天真了,飞机从来不会戳对方,要戳的话,结果只有一个,双方同归于尽,炸的连个渣渣都不会剩下来。

那么这玩意是个什么东西?

这货的名字可多了,什么空速管,皮托管,总压管,总静压管指的都是飞机前头那根长长的矛尖。

这玩意是法国人皮托发明的,他的作用是测量气流总压和静压用的,这俩压通过设备一计算,就能算出这飞机周围的气流速度是多少,进而知道飞机的速度。

飞行员根据这个数据,对飞机的飞行速度和姿势进行调整。

说道这里估计有些小伙伴还是整不明白。

咱首先弄明白,飞机他为什么能飞起来?这事就好理解了。

飞机是通过切割周围的空气,让空气在飞机的周围产生一个流速,这个流速突破一个极限值,这飞机就被空气给托着飞起来了,用咱大白话讲就是空气给予了飞机一个足够大的浮力,让他浮在了空气中,从而达到飞行的目的。

所以你这飞机不能瞎飞,到了空气里头以为自己飞起来了,没事了,可这速度要是降低到一定程度,飞机可就会失去这股子浮力,直接就载下来。

所以这个空速管很重要的。

航空史上,就有以为空气管出了问题,飞机坠毁的事故。

举个例子秘鲁航空603号航班空难,就是因为起飞的时候,他们的空速管被地勤的清洁人员用胶带给完全的封死了。

而飞机在高空飞行,电脑发出了一连串的警告,而这些警告是自相矛盾的,机组人员压根就不知道是怎么回事。

机组人员已经不知道自己所处的海拔高度,虽然他们知道自己处于安全高度,但更加要命的是飞机开始失速了。

他们不能确定自己的飞行速度和飞机上的上升速度,而这个时候飞机是以飞快的速度从高空中砸下来了。

加上当时是晚上,他还飞在了海上,一切都无法判断,最终的结果飞机上七十个人无一生还。而打捞上来的高度计显示他们在九千七百英尺。

同样的1996年伯根航空301号班机,这架飞机在地面上停了三个星期,造成空速管被堵塞,同样的失速,同样的高度计不准,起飞五分钟后就掉到了大海里头,整个飞机一百八十九人全死了。

所以这个空速管对于飞机来说是很重要的。

那么他是怎么工作的呢?

这根管从正面看,像一个同心圆,内管是总压管,套在外头的是静压管。

飞机这么一飞,得咧空气不就进去了吗?你这飞机的速度越大,这空气进去的速度就越猛,然后在后边装一个像鼓一样的膜,这膜不就被空气给按压下去了吗?

那么这个膜变形的越厉害,这就意味着飞机的速度就越大,经过机器计算,得咧,飞行员就能知道自己的速度了。

而这个静压管还能测量飞机的高度,毕竟空气的高度不同,这空气的静压是不一样的。

简单的说,这就是空速管的工作原理。

这东西一般情况下装在机头上,这个位置最舒适,得到的结果最好。

但也有一些个飞机给装到了机翼上了,一般这地就俩个,对称的放,不然测出来的数据就不是很准确。

这就是为什么有的飞机看不到那个长长的鼻子,其实人家换了地方装了,有的时候他们还会装到尾翼上。

那么这个东西太过显眼,对隐身效果有一定的影响,对机载雷达也有干扰,所以现在开始使用溶于飞行器表面的大气数据传感技术。

这家伙有被代替的危险了,毕竟这家伙一个不小心堵了就是个天大的麻烦。

好了,今天就写到这里,喜欢的朋友加个关注,顺手点个赞呦!

2022-07-19

这一根长针就是空速管,是战机测量大气数据的基本装置。空速管测量飞机速度的原理是这样的,当飞机向前飞行时,感应器会感受到气流的冲击力量,即动压。

飞机飞得越快,动压就越大。如果将空气静止时的压力即静压和动压相比就可以知道冲进来的空气有多快,也就是飞机飞得有多快。比较两种压力的工具是一个用上下两片很薄的金属片制成的表面带波纹的空心圆形盒子,称为膜盒。这盒子是密封的,但有一根管子与空速管相连。如果飞机速度快,动压便增大,膜盒内压力增加,膜盒会鼓起来。用一个由小杠杆和齿轮等组成的装置可以将膜盒的变形测量出来并用指针显示,这就是最简单的飞机空速表。

可以发现在国外,特别是西方国家从上世纪90年代开始,主力三代机其机头的空速管已基本取消,如台风,阵风,F-15,F18,F22。

而我国的歼7,歼8,歼10和歼11系列均保留了这一装置,被广大军迷视为落后的象征

这个结构的空速管结构简单可靠,很多原型机或技术验证机都有,不不单单是中国,这是因为在原型机或验证机阶段,要控制整个机型的技术状态,刚刚开始时,不易使用太多新技术,太多的新技术会使飞机的可靠性降低,等经过一段时间的验证后,大概了解这个飞机的数据,就可以心里有底了。

F-35的验证机X-35机头空速管

早期歼-20机头也有空速管

YF-22也有机头空速管

歼31改进型也有机头空速管

但是在2013号歼20原型机之后,歼20就取消了这一装置,该用嵌入式大气数据传感器系统,使用更先进的传感器来测速。现在的中国空军新服役的战机几乎都取消了机头空速管,如歼10B/C,歼16和歼20。

现在西方国家的三代机及四代机的生产型号几乎都取消了机头空速管,除了F-16,鹰师外,在很多军事爱好者眼中,机头空速管几乎就是落后的象征,特别是对天朝的主力战斗机歼10A和苏27系列(包括国产的歼11系列),均是有这一装置,这种观点有一定的道理。取消了安装在机头雷达罩上的空速管,一定程度上了降低了这一机载雷达天线前方不透波结构对雷达工作的影响。

目前,欧美有机头空速管的飞机全部是原型机或者预生产型,在需要进行试飞时加装了包括机头空速管在内的额外传感器。而这些飞机的生产型几乎都取消了机头空速管。目前装备了有源相控阵雷达的战斗机,几乎都是没有机头空速管的,如歼20,F35,F-22,歼10C,歼16和T50.

2022-07-19

这是飞机✈飞行时通过此管的空气流量和气压所测定得出的飞行速度的测速管。

2022-07-19

这个针状物是空速管,不只中国的战斗机有,早期战斗机的机头上都有。

空速管的工作原理

空速管的主要作用是测量战斗机的飞行速度,其原理是把压力值转换为速度值。空中充满着大气,战斗机向前飞行时会大气会流入空速管,战斗机飞行速度越快流入的气体就越多,气体压力就越大,这就像一辆汽车行驶速度越大受到的空气阻力也就越大。

上面说的是空速管的动压测量,空速管由两层同心圆管组成,外面测量的则是静压,战斗机飞行过程中静压和动压之间的数据就是压差,空速管的末端有一个传感器(压力变送器),这个传感器就是通过动、静压之间的压差来转换成战斗机的实时飞行速度。

早期空速管的这个传感器是膜盒式,其工作原理与今天的膜盒压力表一样,这种膜盒传感器由表面带波纹的两片金属片组成,这个特征与今天的膜盒压力表受压部分也一样。空气流入空速管会冲击这个传感器的金属片并使之变形,这个变量会通过导线连接到驾驶舱的仪表盘上,飞行员最后就能看到展示的实时飞行数据。

空速管是战斗机必不可少的部件

早期的歼7歼8甚至现在的歼15战斗机在机头上都可以看到空速管,但像歼10C和歼16在机头上却不见了,这并不是取消了空速管,而是换了地方。目前新型战斗机把空速换转移到了机头雷达罩后下方或雷达罩后面机头两侧部位,并且采用隐藏射击,只有一个小小的探头漏在外面而不像此前那样是一根长长的针装物,这样做的目的是降低空速管对相控阵雷达的干扰。

此前空速管装在机头正前方是因为这个地方的气流比较稳定,测得的数据更为准确,如果是装在机体其他部位,战斗机飞行时产生的杂流比较多,无法准确测量飞行速度。现代化战斗机大多采用电子式空速管,相比之前的机械式电子式空速管测得的数据更为准确,也不易受到杂流影响。

战斗机空速管相当于汽车的转速表,汽车没有了转速表还可以根据路边树木等参照物大体计算汽车速度,但战斗机若没有了空速管,飞行员无法判断飞机的飞行速度,除此之外,战斗机的飞行高度和迎角等数据测量也与空速管有关,因此空速管是战斗机必不可少的一个部件。

2022-07-19

战斗机机头前端往往有一根细细长长的管子,管子头部有一个小开口,这个管子的位置还不一,有的是位于飞机雷达整流罩前端,有的是位于飞机机头侧面。这根管子的作用是什么呢,有人说是天线,用来通讯的。其实不然,这根管子学名叫空速管,它的主要作用是用来测量飞机实时飞行速度的,然后通过仪表盘将速度反馈给人员,当然也包含其他功能。

其原理是飞机向前运动时,前方的气流就会进入这根管子,在管子末端会有一个非常灵敏的传感器,气流接触到这个传感器就会生成压力,也就是动压。当速度越快,气流速度也越快,产生的动压也就越大。然后通过对比静止时的动压并经过计算就可以获取当时的速度。

现代飞机通常安装多部空速管,一般为两副,当然也有安装四部的,安装的位置也各不相同,除了机头位置,飞机翼尖垂尾等部分都能安装。有一些飞机用更先进的传感器技术替换空速管,比如B2,为了提高隐身能力就放弃了空速管,转而使用更为昂贵的传感器。

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