发布时间 : 星期二 文章气压高度表更新完毕开始阅读
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2 大气压力高度测量原理
2.1 高度和压力的基本概念
在重力场中，大气压强与高度呈一定规律变化。即大气压强随着高度的增加而减小。气压高度表正是利用这一原理，通过压力感应器测量出大气压强，根据气压与高度的关系，间接计算出高度。正确地测量高度对保障飞行安全，充分发挥飞机飞行性能，节省油耗具有十分重要的意义。
飞行高度是载体到某一基准水平面的垂直距离，航空器在飞行时需要测量多种飞行高度。因此在设计气压高度表之前，我们有必要了解相关的高度和压力的基本概念。 2.1.1 高度的概念
确定航空器在空间的垂直位置需要二个要素：测量基准面和自该基准面至航空器的垂直距离。我国民航飞行高度的测量通常以以下三种气压面作为基准面： 1) 标准大气压（QNE）是指在标准大气条件下海平面的气压。其值为101325 帕 （或760毫米汞柱或29.92 英寸汞柱）。
2) 修正海平面气压（QNH）是指将观测到的场面气压，按照标准大气压条件修正到平均海平面的气压。
3) 场面气压（QFE）是指航空器着陆区域最高点的气压。
航空器在飞行中，根据对应的不同测量基准面，在同一垂直位置上会有不同的特定名称，高度的概念如下所示。
1）高（Height） ：是指自某一个特定基准面量至一个平面、一个点或者可以视 为一个点的物体的垂直距离。
2）高度(Altitude)：是指自平均海平面量至一个平面、一个点或者可以视为一个点的物体的垂直距离。
3）飞行高度层（Flight Level）：是指以1013.2百帕气压面为基准的等压面，各等压面之间具有规定的气压差。
4）标准气压高度：是指以标准大气压，其值为 1013.2 百帕（或 760 毫米汞柱或 29.92 英寸汞柱）修正高度表压力值，上升至某一点的垂直距离。 5）真实高度：是指飞行器相对于直下方地面的距离。
6）修正海平面气压高度（修正海压高度或海压高度或海高） ：是指以海平面气压调整高度表数值为零，上升至某一点的垂直距离。
7）绝对高度：是指飞行器相对于某一实际海平面并用重力势高度表示的高度。 8）相对高度：是指飞行器从空中到某一既定地面的垂直距离。
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9）场压高度（场高） ：是指以着陆区域最高点气压，调整高度表数值为零，上升至某一点的垂直距离，是相对高度的一种。
以上每一种飞行高度都有各自不同而重要的用途，相对高度是飞机起飞、 近进着陆时飞行员最为关心的参数，而标准气压高度则是所有航线飞行飞机的共同基准。此外根据最近制定的《中国民用机场高度表拨正程序和过渡高度层改革方案》 ，使用气压式高度表表示高时，必须使用场面气压作为高度表拨正值；表示高度时，必须使用修正海平面气压作为高度表拨正值；表示飞行高度层时，必须使用标准大气压作为高度表拨正值。因此在设计气压高度表时，需要根据不同的基准面，采用不同的计算方法，设计相应的调节功能，根据不同的应用场合给出相应的飞行高度参数，并且辅以高度预警，在到过渡高度或设置高度以下时报警。
2.1.2 静压的概念和测量 一、静压的概念
大气压力有两种：静压和全压。静压为流体流过物体时垂直于流体流动表面的流体压力，对飞机来说就是飞机飞行面上的大气压力。全压是静压和冲压的总和，冲压是飞机向前飞行时的速度产生的。虽然静压每天都在变化，但是在任何时候或地点静压随着高度的减小一般都是连续的。因而静压测量可以作为压力高度的指示量。 二、静压的测量原理
本文设计的气压高度表测量的大气压强实际上是静压。静压是飞机周围自由流动空气的绝对压,可用静压作为大气压力代入压高公式计算。 静压的测量原理如图2-1所示。
（a）刚发生流动 （b）流动稳定后 图2-1 静压测量原理
在沿着空气流动的壁开一个孔来进行，在刚发生流动时图2-1（a）发生绕
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棱角的流动，渐渐地形成不连续面图2-1（b），孔中的空气静止，产生和不连外侧气流相同的压力，通过孔底的压力导入变换器来测定静压。
2.2 标准大气压力-高度公式
2.2.1 国际标准大气
大气压强与高度的变化关系受很多因素的影响，如大气温度，纬度，季节等都会导致变化关系发生变化。因此国际上统一采用了一种假想大气“国际标准大气” ，国际标准大气满足理想气体方式，并以平均海平面作为零高度，国际标准大气的主要常数有：
平均海平面标准大气压 Pn?101.325?103Pa 平均海平面标准大气温度 Tn?288.15K 平均海平面标准大气密度 ?n?1.225kg/m3 空气专用气体常数 R?287.05287m2/K?S2 自由落体加速度 gn?9.80665m/S2
大气温度垂直剃度β如表（2-1）所示，高度越高温度越低，不同高度层对应不同的温度剃度。
每一层温度均取为标准气压高度的线性函数，即
TH?Tb??(H?Hb) 2-1 式中Hb和Tb分别是相应层的标准气压高度和大气温度的下限值， β为温度的垂 直变化率（β＝dT/dH ）。
表2-1 大气温度、温度剃度与高度的分层 标准气压高度H，公里 -2.00 0.00 11.00 20.00 32.00 温度T，开 301.15 288.15 216.65 216.65 228.65 温度剃度β，开/公里 -6.50 -6.50 0.00 +1.00 +2.80 6
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47.00 51.00 71.00 80.00 270.65 270.65 214.65 196.65 0.00 -2.80 -2.00 2.2.2 大气压力PH与标准气压高度H 函数 一、压高公式
假设空气为理想气体，并相对与地球为静止大气，即空气没有水平和垂直方向的运动时，那么理论上大气压力与标准气压高度有如下关系： 1）当大气温度对标准气压高度变化时（β＝dT/dH≠0）
???g/?R? PH?Pb?1??H?Hb?n? 2-2
?Tb?Tb??PH?? H????P??b??????R/gn??1??Hb 2-3 ??2）当大气温度对标准气压高度不变化时（β＝dT/dH ＝0）
?g?H?Hb?? PH?Pb?exp??0? 2-4
RTb?? H?Hb?RTbPbln 2-5 gnPH 式（2-2）～（2-5）中带有 b 下标的各参数均指相关高度层的下限值。由上述四式可以看出大气压力随标准气压高度的增加按指数规律变化。在标准气压高
度的基础上，加上不同基准面之间的高度差，就可以得到满足不同需要的飞行 高度 但在实际应用中对于 20000m以上的大高度及进近着陆时的小高度， 由于原理上的原因，气压高度表的测量精度达不到要求，因此一般这两种应用场合不 用气压高度表测高。在 0～20000m 之间有两个高度层，即对流层和同温层。对 流层的下界海拔高度为0m，同温层的下界海拔高度为 11000m。如果将式（2-3） 和（2-5）中的 b P 、 b T 、 b H 、 n g 、R和β 用标准大气状态下各相应层中的数值代替，可得对流层和同温层的标准气压高度近似式， 当0≤H≤11000m时
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