737飛機大氣數據參數分析

摘 要：飛機在飛行過程中，高度和速度是非常重要的兩個參數，飛機本身和飛行員都需要依據這兩個參數判斷飛機的狀態來做出相應的操作。在波音737機隊故障歷史上也不止一次出現過空速和高度指示異常的情況，下面結合實例淺析一下大氣數據參數對于空速和高度的影響。

關鍵詞：737飛機；空速；高度；靜壓源誤差修正（SSEC）

一、首先明確幾個基本概念

（1）動壓與空速的關系：由空氣動力學我們得知，動壓PD=ρV2（1+ε），其中ρ為大氣密度，V為飛機的空速，ε為一個修正系數，由此可見，測量飛機的真實速度可以從測量飛機的動壓間接得到。

（2）靜壓與高度的關系：同樣由空氣動力學得知，靜壓PS是隨著高度的增加而減小的，呈現近似線性關系，由此可知，測量飛機的高度可以從測量飛機的靜壓間接得到。

（3）靜壓與升降速度的關系：升降速度其實就是通過測量靜壓的變化率而得來，因此靜壓也直接影響到升降速度的計算。

（4）在飛機實際設計上，動壓PD是由全壓PT和靜壓PS間接得到，公式為伯努利方程PT=PD+PS，全壓是由空速管采集的壓力信號得來，而靜壓是由靜壓孔采集的壓力信號而來，因此，靜壓的數值對于動壓的數值是有影響的。

（5）航空工程實踐表明，空速管對于全壓信號的采集精度一般都能夠滿足要求，而靜壓孔對于靜壓信號的采集精度則無法滿足要求，因此引入了靜壓源誤差修正（SSEC），關于這個參數下文會有專項分析。

二、明確了以上基本概念，結合實際情況我們來分析一下各項參數對于飛機的高度和空速的影響

（1）在全壓PT測量準確的情況下，靜壓PS變化的影響：靜壓直接影響到高度的計算，呈反比狀態，靜壓變大則高度變小，反之亦然，而由PT=PD+PS得知，在全壓不變的情況下，靜壓和動壓呈反比狀態，靜壓變大則動壓變小，空速變小；靜壓變小則動壓變大，空速變大。

飛機的靜壓的變化一般由以下幾種情況引起：靜壓孔堵塞，靜壓管路堵塞，靜壓管路泄漏。

靜壓孔或靜壓管路堵塞：此時靜壓保持穩定不變，隨著飛機的空速增大，全壓增大，動壓也隨之增大，由于飛機有三套獨立的全靜壓系統，此刻堵塞一側的空速相對于正常的情況來說會變大，而高度保持不變，升降速度為0。

靜壓管路泄漏：此時靜壓會變小，隨著飛機空速增大，全壓增大，動壓變大，空速變大，高度也變大。（注意這是管路泄漏發生在非增壓區域的情況，如果泄漏發生在增壓區域，結論應該相反）。

值得注意的是：在清洗飛機時會將靜壓孔堵住以免管路進水，清洗完成后千萬不要忘記取下堵蓋物。

（2）在靜壓PS測量準確的情況下，全壓PT變化的影響：由于伯努利方程得知，在PS不變的情況下，PT和PD成正比關系，全壓增大，動壓增大，空速相對于正常值來說變大；反之亦然。而高度由于靜壓不變，測量值應為正常值。但是由于SSEC的存在，使得實際應用上高度也會產生相應的變化，下面分析SSEC的影響。

由于靜壓孔的測量精度不滿足實際需求，人們引入了SSEC來對靜壓實測值進行修正，以求獲得準確的高度指示。誤差主要來源于兩個方面：一是安裝誤差，取決于靜壓孔安裝后與機表的位置差異。二是氣流擾亂，由于真實的大氣靜壓定義為飛機前方無限遠處的大氣壓力，而飛機在飛行過程中會擾動氣流，使得測量值產生誤差。在NG飛機上，SSEC與飛機的馬赫數、襟翼和起落架位置以及攻角有關，在AOA角度正常的情況下，馬赫數的變化會影響到SSEC值，呈正比關系，從而影響到高度。此影響在低速情況下近似忽略，但是在高馬赫數情況下影響值較大，值得關注。

我們設修正后的靜壓為PSC，那么PSC=PS+SSEC，在動壓增大的情況下，馬赫數增加，SSEC值增大，PSC增大，高度變小。同樣，動壓減小時，SSEC變小，PSC變小，高度增加。

但是由于波音的設計原因，此影響在737CL和737NG上表現不同，技術部門對此也有過結論并下發過相應的技術通告如下：

對于737NG飛機，SSEC大小取決于馬赫數和AOA位置，這兩個參數由ADIRU進行均衡計算得出。SSEC值會一直進行計算，只是在低馬赫數時糾正值較小，在0.4馬赫前不用SSEC，故在低空速下，SSEC值較小。而對于737-300飛機，SSEC主要取決于馬赫數，不受AOA傳感器位置影響。ADC計算的SSEC值對高度的修正不如737NG飛機上明顯。在馬赫數接近到0.55馬赫時，才會影響高度顯示。對此，在做大氣數據系統測試步驟中，737NG和737-300不同表現在：①在737NG飛機上，保持靜壓壓力不變，當改變全壓壓力把IAS增加到240節時，高度指示會減少200英尺；②在737-300飛機上，保持靜壓壓力不變，當改變全壓壓力時，高度指示幾乎不改變。

三、下面列舉一些實例來說明在排故過程中關于以上理論的應用

（1）某737NG飛機曾經在幾年前出現過空速及高度不一致的現象，詳細情況為寧波過站機組反映空中巡航高度26600英尺時，左右空速不一致，左側270節右側140節，高度左26600英尺右27000英尺。總結為空速左高右低，高度右高左低。持續到飛機下降至16000英尺后，右側數據恢復正常。

我們來分析一下此故障的可能原因，由于飛機兩套全靜壓系統彼此獨立，而從數據上判斷明顯右側空速數據異常，那么可以得知故障現象為右側空速變小，高度變大。由以上理論分析可以明顯看出是由于PD減小，PSC變小。可能原因有右側的ADIRU、全靜壓ADM，以及右側的全靜壓管路。在此我們僅分析管路的情況，能夠導致這種情況的只可能為全壓管路堵塞，導致PD減小，從而導致SSEC變小，使得PSC變小。注意是PSC而不是PS，因為PS變小會使得PD增大，與實際情況不符。

此故障在排除的時候走了很多彎路，主要原因是當時NG飛機維護經驗不足，沒有意識到NG飛機的SSEC對于高度的影響比CL飛機大很多。所以依據以往CL飛機的維護經驗很難理解為何空速變小的同時高度會增加，排故重點放在了計算單元，也就是ADIRU和ADM上。后來根據返修報告證實為右側的空速管加熱性能下降導致空中結冰堵塞空速管，從而使得全壓變小，動壓隨之變小，而靜壓由于SSEC的影響同樣變小。

同樣的故障在2012年6月發生在其他飛機上，現象幾乎一樣，最后同樣驗證是由于空速管加熱不完全高空結冰導致，再次不在累述。

（2）某737NG飛機2013年4月11日起飛后反應空速不一致，譯碼發現左側空速最大為80節，明顯異常。右側和備用空速無譯碼數據，根據機組口頭反映，右側空速比備用空速明顯小，因此更換右側全壓ADM。

此故障可以更進一步的論證在低速情況下PD對應SSEC的影響忽略不計，因此高度指示準確。空速指示變小。進一步排故時從左側空速管中吹出鳥毛，應為左側空速管堵塞導致全壓變小，從而動壓變小，空速減小。

對于此類故障的多次出現，波音2012年4月份頒布了737NG-FTD-34-12001來通告相應信息，摘錄如下：

波音收到一些客戶報告，件號為S232N911-6（廠家Goodrich件號0851HT-1）的皮托管，其除冰加熱器會因部分加熱而導致加熱不完全，但在P5-9窗/皮托管加熱控制面板上加熱指示燈不會亮。皮托管部分加熱會導致結冰累計，從而影響皮托管周圍氣流，進而造成空速指示不一致。

在垂尾安裝有給升降舵感覺計算機提供信號的同樣的皮托管。如果一個皮托管加熱器部分失效，會導致結冰累計，使得P5-3飛行控制面板上的“FEELDIFPRESS”燈點亮。

這就解釋了為何在空速管不加熱的情況下，加溫控制面板上的故障指示燈不亮。所以在我們排故過程中，要參考這一點。

另外需要提醒的一點是，在737NG飛機起飛滑跑過程中，有時會遇到空速到達大約80節左右，還沒有拉桿離地前，CDS顯示器顯示IASDISAGREE（指示空速不一致）信息，大約2秒左右后信息消失。后續空中飛行正常，信息不再顯示。此現象不是一個故障，主要原因是AOA（迎角風標）沒有完全與氣流方向平行（氣動零角度）。飛機空速達到一定值，使AOA能與氣流方向平行時，左右AOA角度差別很小，空速指示恢復一致。

左右空速差異大于5節，且連續超過5秒，CDS上就會顯示IASDISAGREE信息。

根據波音圖紙S233T913規范說明，空速在95±5節，AOA角度應在氣動零角度的0.25度范圍內。在30節空速時，ADIRU開始輸出有效的CAS（計算空速），由于飛機必須達到一定的速度才能使AOA飛起到氣動零角度，所以在空速小于75節前，ADIRU視AOA的角度輸入為無效值，不作為CAS計算的一個參數。這就解釋了為什么飛機滑跑到80節左右時，才出現IASDISAGREE信息，飛機速度再大一些后，左右AOA抬起到氣動零角度，信息消失。飛機在跑道上的顛簸也會造成AOA的偏離，也是造成指示空速不一致的一個原因。