CESSNA 172R飛機全靜壓系統原理及常見故障淺析

劉玉典

摘要：全靜壓系統為飛機提供實時的外界大氣全壓、靜壓和動壓數據，用于計算和指示飛機的高度、空速和升降速度等飛行參數。本文旨在通過對Cessna 172R型飛機全靜壓系統工作原理和常見故障進行分析，為飛機的日常維護提供建議。

關鍵詞：全壓;靜壓;動壓;泄露;堵塞

Cessna 172R型飛機全靜壓系統主要包括用于采集大氣數據信息的皮托管（空速管）、靜壓孔和全靜壓管路，用于處理和計算大氣數據信息的大氣數據計算機GDC74A和高度編碼器，以及用于指示或顯示大氣數據信息處理和計算結果的各飛行儀表（PFD主飛行顯示器、高度表、空速表和升降速度表等）。

一、全靜壓系統簡介

（1）皮托管（空速管）：位于飛機左大翼前緣中部下方，如圖1.1所示，前端小孔用于采集全壓數據，并通過管路與指示空速表上的全壓接頭相連。

（2）靜壓孔：位于機身防火墻后方外部左側，如圖1.2所示，用于采集靜壓數據，通過管路將靜壓信號傳遞至高度表、空速表、升降速度表、高度編碼器等。

（3）備用靜壓源：Cessna 172R型飛機利用座艙內部空氣作為飛機的備用靜壓源，在駕駛艙中央操縱臺上有備用靜壓源選擇手柄，如圖1.3所示，可通過人工推入或拉出手柄，選擇使用外界大氣或駕駛艙內部空氣作為靜壓源。

（4）全靜壓管路：用于傳遞全、靜壓等大氣數據信息的管路，位于機體內部。

（5）大氣數據計算機GDC74A和高度編碼器：用于采集和處理來自各傳感器的大氣數據信息，并將處理的結果傳送至各綜合顯示器和指示儀表。

（6）GDU1040顯示器和指示儀表：主飛行顯示器PFD和高度表（圖1.4）、空速表圖（1.5）以及升降速度表圖（1.6）。

（二）全靜壓系統基本原理

根據空氣動力學相關知識，大氣的壓力P（靜壓P0）與高度H、溫度T和密度ρ之間存在密切的關系，即P=ρTR（R為氣體常數），且隨著高度的增加，空氣的密度、溫度降低，靜壓隨之降低，所以根據靜壓變化的大小即可指示出高度的變化，根據靜壓的變化率即可指示出升降速度的變化。而空速ν與動壓Pd相關，即ν= ，且動壓（Pd）=全壓（Pt）-靜壓（P0），所以根據全壓和靜壓的變化即可指示出空速的變化。

（1）高度的指示

Cessna 172R型飛機的高度指示包括GDU1040顯示器上的數字指示和氣壓式高度表上的指針指示，本文僅討論氣壓式高度表基本工作原理。氣壓式高度表的感受部分是一個真空膜盒，如圖2.1所示。作用在真空膜盒上的氣壓為零時，真空膜盒處于自然狀態。受大氣壓力作用后，真空膜盒收縮并產生彈力。當真空膜盒產生的彈性力與大氣作用在真空膜盒上的總壓力平衡時，真空膜盒變形到程度一定，指針指出相應的高度。

（2）升降速度的指示

Cessna 172R型飛機的升降速度指示包括GDU1040顯示器上的數字指示和氣動式升降速度表上的指針指示，本文僅討論氣動式升降速度表基本工作原理。氣動式升降速度表的感受部分由一個表殼以及安裝在表殼內的開口膜盒和計量組件組成，如圖2.2所示。膜盒的氣壓始終與外界氣壓相等，表殼內部的氣壓由于計量組件的阻流作用，使氣壓變化滯后于外界氣壓變化。

（3）空速的指示

Cessna 172R型飛機的空速指示包括GDU1040顯示器上的數字指示和氣動式指示空速表上的指針指示，本文僅討論氣動式指示空速表基本工作原理。氣動式指示空速表根據空速和動壓的關系，利用開口膜盒測量動壓，從而得到指示空速。

空速表的感受部件為一個開口膜盒，如圖2.3所示。膜盒內部通全壓，外部通靜壓，膜盒內外的壓力差即是動壓。在動壓的作用下膜盒產生位移，經過傳動機構帶動指針指示，指針角位移即可反映動壓大小。在靜壓和溫度一定的條件下，動壓的大小完全取決于空速，因此指針的角位移即可指示出空速的大小。

（三）全靜壓系統常見故障

Cessna 172R型飛機全靜壓系統在日常使用和維護過程中容易出現皮托管和/或靜壓孔堵塞、全靜壓系統管路堵塞和/或泄露等故障，以上故障均會導致全靜壓系統指示異常，給飛行安全造成隱患。下面就全靜壓系統幾種常見故障現象進行淺析：

（1）皮托管堵塞

飛機在飛行過程中以及地面停放時，可能因空氣中的水汽、塵埃、雜質等造成皮托管結冰、堵塞。當皮托管堵塞時，靜壓P0正常，全壓Pt保持不變，因此，飛機高度和升降速度指示正常：

a）當飛機以一定速度爬升時，靜壓P0減小，動壓（Pd）=全壓（Pt）-靜壓（P0）隨之增大，空速指示增大;

b）當飛機保持飛行高度飛行時，靜壓P0不變，動壓（Pd）=全壓（Pt）-靜壓（P0）不變，空速指示隨著飛行速度變化保持不變;

c）當飛機以一定速度下降時，靜壓P0增大，動壓（Pd）=全壓（Pt）-靜壓（P0）隨之減小，空速指示減小。

（2）靜壓孔堵塞

當飛機靜壓孔因結冰或污染等原因導致靜壓孔堵塞，此時靜壓P0保持不變，高度表指示不變，升降速度表指示為0。

a）當飛機以一定速度爬升時，全壓Pt減小，動壓（Pd）=全壓（Pt）-靜壓（P0）也隨之減小，空速指示減小;

b）當飛機以一定速度下降時，全壓Pt增大，動壓（Pd）=全壓（Pt）-靜壓（P0）也隨之增大，空速指示增大。

（3）靜壓管泄露

因Cessna 172R型飛機無增壓，當靜壓管發生泄露時，靜壓略有減小，因此高度指示略有增加;動壓（Pd）=全壓（Pt）-靜壓（P0）隨之增大，空速指示增大;升降速度表在靜壓管泄露的瞬間，指針跳動一下，隨后恢復正常。

（四）全靜壓系統使用和維護注意事項

全靜壓系統在日常使用和維護過程中，應注意規范操作，按照要求正確使用，保持全靜壓系統的清潔與暢通，并按照飛機維護手冊的要求定期進行全靜壓系統清潔、測試與維護。

（1）在對皮托管進行地面通電加溫測試時，應按照維護手冊或者工作單卡的要求進行，且加溫時間不得超過30s，避免長時間通電加溫造成皮托管溫度過高，燒壞皮托管及其后部管路、電氣插頭和導線，或造成人員誤傷。

（2）定期對皮托管和靜壓孔及其周邊區域進行清潔，去除可能造成皮托管和靜壓孔堵塞、變形的雜物和污染源，特別要注意保持靜壓孔周邊區域干凈平整，靜壓孔及其周邊區域的損傷變形都有可能導致靜壓源誤差。

（3）根據CCAR-91和CCAR-43部規章的有關規定，需每兩年對全靜壓系統進行一次全面校驗。

（4）如需對全靜壓系統管路進行吹洗，在吹洗之前應確保脫開全靜壓管路與儀表的連接，避免因靜壓突然增大而損傷儀表。吹洗結束后，應確保正確連接管路和儀表，并對接頭等重要位置進行氣密性測試，確保重新連接后的全靜壓系統具有良好的氣密性。

參考文獻：

[1]閻成鴻，聶挺.Cessna172R型飛機機型培訓教材.中國民航飛行學院.

[2]Cessna172RAMM維護手冊.

[3]任毅，劉世貴. CESSNA172R飛機靜壓系統分析.中國新通信.2015

1555500511342