簡介:飛機原理與構造,第二章空氣動力學基礎航空機電教研室陳金瓶,大氣的重要物理參數(shù)大氣層的構造國際標準大氣流體流動的基本概念流體流動的基本規(guī)律機翼幾何外形和參數(shù)作用在飛機上的空氣動力,內(nèi)容簡介,大氣的重要物理參數(shù),1大氣密度2大氣溫度3大氣壓力4粘性5可壓縮性6雷諾數(shù)和馬赫數(shù),1大氣密度Ρ是指單位體積內(nèi)的空氣質(zhì)量,用Ρ表示,單位KG/M3,則有空氣的密度大,單位體積內(nèi)的空氣分子多,比較稠密;反之,比較稀薄。由于地心引力的作用,Ρ隨高度H的增加而減小,近似按指數(shù)曲線變化。,,,,2大氣溫度T是指大氣層內(nèi)空氣的冷熱程度。微觀上來講,溫度體現(xiàn)了空氣分子運動劇烈程度。所以說溫度是大量分子熱運動的集體表現(xiàn),含有統(tǒng)計意義。對于個別分子來說,溫度是沒有意義的。攝氏溫標(℃)絕對溫標(K)華氏溫標(℉),,,這三種溫度單位的換算關系可表示為,,3大氣壓力P是指作用在單位面積且方向垂直于此面積(沿內(nèi)法線方向)的力。就空氣來講,空氣的壓力是眾多空氣分子在物體表面不斷撞擊產(chǎn)生的結果。在飛機上產(chǎn)生的空氣動力中,特別是升力,大都來自于飛機外表面上的空氣壓力。單位毫米汞柱(MMHG)、帕(PA(N/M2))、每平方英寸磅(PSI)等,其中,帕(PA(N/M2))為國際計量單位。規(guī)定在海平面溫度為15℃時的大氣壓力即為一個標準大氣壓,表示為760MMHG或1013105PA。大氣壓力隨高度的變化如圖,,完全氣體是氣體分子運動論中采用的一種模型氣體。它的分子體積和氣體所占空間相比較可以忽略不計、分子間的相互作用力也忽略不計。在室溫和通常壓力范圍內(nèi)的氣體基本符合這些假設,所以空氣可以看作為一種完全氣體。對于完全氣體,有,,,4粘性Μ當流體內(nèi)兩相鄰流層的流速不同時,兩個流層接觸面上便產(chǎn)生相互粘滯和相互牽扯的力,這種特性就叫粘性。,,,,實驗表明流體的粘性力F與相鄰流層的速度差ΔVV1V2、接觸面的面積ΔS成正比,和相鄰流層的距離ΔY成反比。,,F流體的粘性力Μ流體的動力粘性系數(shù)ΔV/ΔY橫向速度梯度。ΔS接觸面的面積Τ單位接觸面積上的粘性力,流體動力粘性系數(shù)Μ在數(shù)值上等于橫向速度梯度為1時,作用在單位面積上的粘性力。所以Μ可以作為量度流體粘性大小的尺度,單位是PAS。,,,常溫下空氣Μ181105PAS水Μ1002103PAS甘油Μ14939PAS粘性系數(shù)液體>氣體,隨著溫度的升高氣體Μ↑流層間內(nèi)摩擦力增大液體Μ↓分子間內(nèi)聚力減小,用管道來運輸液體(如石油)時,對液體加溫(特別是寒冷地區(qū)的冬季),有減小流動損失、節(jié)能省耗的效果,,,5可壓縮性E是指一定量的空氣在壓力變化時,其體積發(fā)生變化的特性??蓧嚎s性用體積彈性模量E來衡量,其定義為產(chǎn)生單位相對體積變化所需的壓力增量。E值越大,流體越難被壓縮。在通常壓力下,空氣的E值相當小,約為水的1/20000。因此,空氣具有壓縮性,而水則視為不可壓縮流體。一般情況下飛機低速飛行(MA<03)時,視為不可壓縮流體;高速飛行(MA≥03)時,則必須考慮空氣的可壓縮性。,,6音速C是指聲波在介質(zhì)中傳播的速度,單位為M/S。實驗表明,在水中聲速約為1440M/S,而在海平面標準狀態(tài)下,在空氣中的聲速只有341M/S。而我們又知道水難被壓縮,空氣易被壓縮,由此可以推論流體的可壓縮性小,聲速大。顯然,在不可壓縮流體、固體中,聲速→∞。大氣中,聲速的計算公式為式中,T是空氣的熱力學溫度,單位為K。,,,,,7馬赫數(shù)和雷諾數(shù)馬赫數(shù)的定義是式中,V是飛行速度,C是當?shù)芈曀伲达w行高度上大氣中的聲速)。MA是個無量綱量,它的大小可以作為空氣受到壓縮程度的指標。MA<08亞音速;08<MA<13跨音速13<MA<50超音速MA>50高超音速,,,,,雷諾數(shù)的定義是Ρ、Μ飛行高度上大氣的密度和動力粘性系數(shù)L是飛機的特征尺寸V是飛行速度RE表征了流體運動中慣性力與粘性作用的關系。可以發(fā)現(xiàn),RE越小,說明空氣粘性的作用越大,對流場的影響是主要的;反之RE越大,慣性力的作用越大。,,大氣的重要物理參數(shù)大氣層的構造國際標準大氣流體流動的基本概念流體流動的基本規(guī)律機翼幾何外形和參數(shù)作用在飛機上的空氣動力,內(nèi)容簡介,大氣層的構造,1大氣層的構造一、對流層二、平流層三、中間層四、電離層五、散逸層,五、散逸層是大氣的最外層,從電離層頂部到大氣層的最外邊緣。由于地心引力很小,大氣分子不斷向星際空間散逸。,二、平流層(同溫層)◆高度范圍11~50KM?!?1~20KM,溫度不隨高度而變化,常年平均值為565℃◆20~50KM溫度隨高度的增加上升◆空氣稀薄,水蒸氣極少◆沒有云、雨、雪、雹等現(xiàn)象◆沒有垂直方向的風,只有水平方向的風,而且風向穩(wěn)定◆大氣能見度好、空氣阻力小,對飛行有利,現(xiàn)代噴氣式客機多在11~12KM的平流層底層飛行。,一、對流層◆大氣中最低的一層,在地球中緯度地區(qū),高度范圍0~11KM。◆包含全部大氣3/4的質(zhì)量◆天氣變化最復雜的一層,有云、雨、雪、雹等現(xiàn)象?!艨諝獾乃搅鲃雍痛怪绷鲃樱纬伤椒较蚝痛怪狈较虻年囷L◆其壓強、密度、溫度和音速均隨高度的增加而降低。,三、中間層◆高度范圍50~80KM◆空氣十分稀薄,溫度隨高度的增加而下降◆空氣在垂直方向有強烈的運動。,四、電離層◆高度范圍80~800KM◆空氣處于高度的電離狀態(tài),氮、氧分子電離成為離子和自由電子,帶有很強的導電性,能吸收、反射和折射無線電波。所以這一層對無線電通信很重要◆由于空氣電離放出的熱量,溫度很高并隨著高度的增加而上升。◆也被稱為暖層或熱層◆空氣密度極小,聲波已無法傳播,大氣的重要物理參數(shù)大氣層的構造國際標準大氣流體流動的基本概念流體流動的基本規(guī)律機翼幾何外形和參數(shù)作用在飛機上的空氣動力,內(nèi)容簡介,國際標準大氣,國際標準大氣具有以下的規(guī)定1大氣是靜止的、潔凈的,且相對濕度為零。2空氣被視為完全氣體,即其物理參數(shù)(密度、溫度和壓力)的關系服從完全氣體的狀態(tài)方程PΡRT3海平面作為計算高度的起點,即H0處。,大氣的重要物理參數(shù)大氣層的構造國際標準大氣流體流動的基本概念流體流動的基本規(guī)律機翼幾何外形和參數(shù)作用在飛機上的空氣動力,內(nèi)容簡介,流體流動的基本概念,相對運動原理連續(xù)性假設流場、定常流和非定常流流線、流線譜、流管和流量,,1相對運動原理空氣相對飛機的運動稱為相對氣流,相對氣流的方向與飛機運動的方向相反。只要相對氣流速度相同,產(chǎn)生的空氣動力也就相等。將飛機的飛行轉(zhuǎn)換為空氣的流動,使空氣動力問題的研究得到簡化。,飛機的運動方向與相對氣流的方向,,2連續(xù)介質(zhì)假設連續(xù)性假設是指把流體看成連綿一片的、沒有間隙的、充滿了它所占據(jù)的空間的連續(xù)介質(zhì)??諝夥肿邮?71019個/CM3空氣分子的平均自由程約為6106CM空氣分子的平均直徑約為37108CM兩者之比約為1701因此從微觀上來說,空氣是一種有間隙的不連續(xù)介質(zhì)。,,飛機的特征尺寸一般以M計,至少以CM計,比流體分子的平均自由程大得多因此,一般不研究流體分子的個別運動,而是研究流體的宏觀運動,即將空氣看成連續(xù)介質(zhì)。在某些情況下,例如在120KM的高空,空氣分子的平均自由行程和飛行器的特征尺寸在同一數(shù)量級,連續(xù)介質(zhì)假設就不再成立。,四、電離層◆高度范圍80~800KM◆空氣處于高度的電離狀態(tài),對無線電通信很重要◆溫度很高并隨著高度的增加而上升。也被稱為暖層或熱層◆空氣密度極小,聲波已無法傳播,,3流場、定常流和非定常流流體流動所占據(jù)的空間稱為流場,用來描述表示流體運動特征的物理量,如速度、密度、壓力等等。在流場中的每一點處,如果流體微團的物理量隨時間變化,這種流動就稱為非定常流動,這種流場被稱為非定常流場;反之,則稱為定常流動和定常流場。,,4流線、流線譜、流管流線是在流場中用來描繪流體微團流動狀態(tài)的曲線。在流線每一點上,曲線的切線方向正是流體微團流過該點時流動速度的方向。在流場中,用流線組成的描繪流體微團流動情況的圖畫稱為流線譜。,,V,,在流場中取一條不是流線的封閉曲線,通過曲線上各點的流線形成的管形曲面稱為流管。因為通過曲線上各點流體微團的速度都與通過該點的流線相切,所以只有流管截面上有流體流過,而不會有流體通過管壁流進或流出。,,,,流體流動的基本規(guī)律,連續(xù)性定理伯努利定理,1連續(xù)性定理連續(xù)性定理是質(zhì)量守恒定律在流體流動中的應用。對于低速流體,當流體連續(xù)不斷而穩(wěn)定地流過一個粗細不等的管道時,由于管道中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來,因此在同一時間內(nèi),流進任一切面的流體的質(zhì)量和從另一切面流出的流體質(zhì)量是相等的。,流體連續(xù)性方程?1S1V1?2S2V2?3S3V3CONST即?SVCONST,對于低速流體,流體不可壓縮,即?1?2?3可得S1V1S2V2S3V3CONST即SVCONST,2伯努利定理連續(xù)性定理是能量守恒定律在流體流動中的應用。管道中以穩(wěn)定的速度流動的流體,若流體為不可壓縮的理想流體(沒有粘性),則沿管道各點的流體的動壓與靜壓之和等于常量。P05?V2PCONST靜壓就是“壓能”,即勢能的一種,也就是壓力動壓氣體具有流動速度,受阻力時,由于動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芏鸬某^流體靜壓力部分的壓力,,低速流動空氣的特性根據(jù)流體連續(xù)性定理和伯努利定理,可以得到以下結論流體在管道中流動時,凡是管道剖面大的地方,流體的流速就小,流體的靜壓就大,而管道剖面小的地方,流速就大,靜壓就小。即若S1>S2>S3則V1<V2<V3P1>P2>P3,,實驗驗證空氣靜止時,各處大氣壓力都一樣,等于此處的大氣壓力,測壓管中指示劑液面的高度都相等??諝庖阅骋凰俣冗B續(xù)穩(wěn)定地流過管道,空氣壓力下降,所有液面均有所升高,但升高的量卻不一樣管截面最細處,速度最快,靜壓最小,動壓最大。,機翼的幾何外形和參數(shù),機翼翼型的形狀和參數(shù)機翼平面的形狀和參數(shù)機翼相對機身的安裝位置,就是用平行于飛機機身對稱平面的平面切割機翼所得的剖面。圓頭尖尾翼型尖頭尖尾翼型,,,早期飛機平板和彎板,,,流線型提高飛行性能,翼型(翼剖面)的形狀,弦線前緣與后緣之間的連線。弦長弦線的長度,又稱為幾何弦長。用B表示,是翼型的特征尺寸。,翼型的參數(shù)(一),,厚度T上下翼面在垂直于翼弦方向的距離,其中最大者稱為最大厚度TM最大相對厚度T’T’TM/B最大相對厚度位置X’X’XM/B,翼型的參數(shù)(二),,,中弧線(中線)在弦向任一位置X處,垂直于弦線的直線與上、下表面交點的中點連接起來所構成的線。彎度FM中弧線與翼弦之間的距離最大相對彎度F’F’FM/B最大相對彎度位置X’X’XM/B,翼型的參數(shù)(三),,,前緣半徑RP后緣角Τ翼型上下表面周線在后緣處切線的夾角迎角Α,翼型的參數(shù)(四),翼型的分類,1全對稱翼上下弧線均凸且對稱,一般用于尾翼2半對稱翼上下弧線均凸但不對稱,常用于低亞音速飛機的機翼3克拉克Y翼下弧線為一直線,也叫平凸翼4S型翼中弧線是一個平躺的S型,因攻角改變時,壓力中心不變動,常用于無尾翼機5內(nèi)凹翼又叫凹凸翼型,下弧線在翼弦上面,升力系數(shù)大,常見于早期飛機及牽引滑翔機,所有鳥類除蜂鳥外都是這種翼型,NACA24152相對彎度,即中弧線的最大弧高為24相對彎度位置位于翼弦前緣的4015相對厚度,即最大厚度是弦長的15NACA0012,NACA四位數(shù)翼型族,機翼的幾何外形和參數(shù),機翼翼型的形狀和參數(shù)機翼平面的形狀和參數(shù)機翼相對機身的位置參數(shù),機翼平面形狀從飛機頂上看下去,機翼在平面上的投影形狀低速飛機跨音速、超音速飛機,翼面的形狀,,,,,,,,,,機翼面積S機翼在水平面內(nèi)的投影面積翼展展長L機身兩側(cè)翼尖之間的距離根梢比Η翼根弦長和翼尖弦長之比ΗB1/B2展弦比Λ展長和機翼平均幾何弦長BAV之比BAVS/L→ΛL/BAVL2/S,翼面的參數(shù)(一),后掠角Χ(/CHI/)沿機翼展向等百分比弦線點的連線與垂直于機身中心線的直線之間的夾角,翼面的參數(shù)(二),前緣后掠角Χ01/4弦線后掠角Χ025中弦線后掠角Χ05后緣后掠角Χ1,,平均氣動力弦長與實際機翼面積相等、氣動力矩特性相同的當量矩形機翼的弦長,用BA表示。是計算空氣動力中心(焦點)、縱向力矩系數(shù)等常用的一種基準弦長。,翼面的參數(shù)(三),,機翼的幾何外形和參數(shù),機翼翼型的形狀和參數(shù)機翼平面的形狀和參數(shù)機翼相對機身的安裝位置,上反角ΨPSI與下反角Ψ機翼的底面與垂直于飛機立軸的平面之間的夾角,從飛機前面看,如果翼尖上翹,夾角就是上反角Ψ;翼尖下垂,則是下反角Ψ。低速機翼采用一定的上反角可以改善飛機的橫向穩(wěn)定性,機翼相對于機身的位置(一),,機翼相對于機身中心線的位置上單翼、下單翼和中單翼。安裝角,機翼相對于機身的位置(二),,,機身中心線,安裝角的大小應按照飛行最重視的飛行姿態(tài)來確定。以巡航姿態(tài)為主的運輸及,考慮到減小阻力,安裝角一般取4°左右。,作用在飛機上的空氣動力,空氣動力升力阻力升力系數(shù)曲線、阻力系數(shù)曲線、升阻比曲線機翼的壓力中心和焦點,空氣動力,定義空氣作用在與之有相對運動物體上的力稱為空氣動力。壓力中心空氣動力的作用點。垂直于來流方向的升力L平行于來流方向的阻力D,,升力,產(chǎn)生原理連續(xù)性定理、伯努利定理,負壓區(qū),正壓區(qū),,,駐點,最低壓力點,升力,升力公式可以表示為影響升力的因素空氣密度飛行速度機翼面積升力系數(shù)CL是無量綱參數(shù),在飛行馬赫數(shù)MA小于一定值時,他們只與機翼的形狀和迎角有關。,當ΑΑ臨界,升力系數(shù)隨迎角的增大而減小,進入失速區(qū)。,臨界迎角,迎角對升力系數(shù)的影響,,,,,當機翼迎角超過臨界點時,流經(jīng)上翼面的氣流會出現(xiàn)嚴重分離,形成大量渦流,升力下降,阻力急劇增加。飛機減速并抖動,各操縱面?zhèn)鞯綏U、舵上的外力變輕,隨后飛機下墜,機頭下俯,這種現(xiàn)象稱為失速。,過失速機動飛機在超過失速迎角之后,仍然有能力完成可操縱的戰(zhàn)術機動。,機翼對升力系數(shù)的影響,相對厚度相對厚度↑CLMAX↑Α臨界↓前緣半徑前緣半徑↑CLMAXΑ臨界↑展弦比展弦比↑CLMAX↑Α臨界↓后掠角后掠角↑CLMAX↓Α臨界↑前緣粗糙度前緣越光滑,CLMAX↑Α臨界↑,阻力,分類附面層(邊界層),阻力,,摩擦阻力,壓差阻力,干擾阻力,誘導阻力,,零升阻力(廢阻),附面層的產(chǎn)生,由于空氣有粘性,當它流過不是絕對光滑的機體表面時,機體表面對最緊貼自身的氣體微團產(chǎn)生阻滯力,使其流速降為零,由此空氣的粘性產(chǎn)生阻滯力一層一層向外影響下去,就在機體表面形成了沿機體表面法線方向,流速由零逐漸增加到外界氣流流速的薄薄的一層空氣層,就叫做附面層。,平板表面形成附面層,附面層內(nèi)的速度梯度,附面層的分類,根據(jù)附面層內(nèi)氣體的流動狀態(tài)可分為層流附面層前段附面層內(nèi),流體微團層次分明的沿機體表面向后流動,上下各層之間的微團互不混淆。液體流速較低,質(zhì)點受粘性制約,不能隨意運動,粘性力起主導作用;紊流附面層后段附面層,氣體微團除了向前流動外,還上下亂竄、互相摻和,已分不清流動的層次。液體流速較高,粘性的制約作用減弱,慣性力起主導作用。附面層由層流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳡顟B(tài)叫轉(zhuǎn)捩。液體流動時,究竟是層流還是紊流,要用雷諾數(shù)來判定。,摩擦阻力,根據(jù)牛頓第三定律(作用力與反作用力定律),機體表面給氣體微團向前的阻滯力,使其速度下降,氣體微團必定給機體以大小相等方向相反的向后的作用力,這個力就是摩擦力。在紊流附面層的底層,機體表面對氣流的阻滯作用要比層流附面層大得多,所以,紊流附面層的摩擦阻力>層流附面層的摩擦阻力影響因素附面層內(nèi)氣流流動狀態(tài),接觸面積,機體表面狀態(tài)等。,減小摩擦阻力的措施,1,采用層流翼型目的使附面層保持在層流狀態(tài)原因此種翼型下,壓力分布比較平坦,最低壓力點位置后移,減小附面層變厚的趨勢,有利于保持層流附面層。,減小摩擦阻力的措施,2,在機翼表面安裝一些氣動裝置,不斷向附面層輸入能量;結構上也可以采取對附面層進行吸氣或吹氣的措施,加大附面層內(nèi)氣流的流動速度,減小附面層的厚度,使附面層保持層流狀態(tài)。3,保持機體表面的光滑清潔。機翼表面對氣流的任何微小擾動都會是流動狀態(tài)發(fā)生改變。所以以后再維護修理飛機的工作中,一定要保持機體表面的光滑整潔。4,盡量減小機體與氣流的接觸面積。,壓差阻力,通俗解釋,就是運動的物體因前后壓力差而形成的阻力。以低速飛行的對稱翼型為例駐點最低壓力點順壓梯度最低壓力點以后逆壓梯度阻礙了附面層內(nèi)流體向后流動,同時附面層內(nèi)的氣流由于粘性的作用消耗了動能。無法克服逆壓梯度的阻力繼續(xù)向后流動,故發(fā)生了倒流,使氣流離開了翼面,產(chǎn)生了附面層分離現(xiàn)象。由于分離后翼型背風面的壓力低于前部壓力,故將產(chǎn)生壓差阻力。,減小壓差阻力的措施,1盡量減小飛機機體的迎風面積。比如,在保證裝在所需要容積的情況下,機身橫截面的形狀應采取圓形或近似圓形。2暴露在空氣中的機體各部件外形應采用流線型(圓頭尖尾),以便適應不同來流方向以及使翼型后部邊界層不易出現(xiàn)分離。3飛行時,除了起氣動作用的部件外,其他機體部件的軸線應盡量與氣流方向平行,內(nèi)因空氣的粘性外因翼面彎曲導致的逆壓梯度,干擾阻力,F1機翼阻力機身阻力尾翼阻力各部件單獨放在氣流中產(chǎn)生的阻力F2整機在氣流中產(chǎn)生的阻力一般來說F2F1,那么ΔFF2F1即稱為干擾阻力。它是由于各個部件組合在一起時,空氣流動相互干擾產(chǎn)生的額外阻力增量改進措施在部件結合部位安裝整流罩,使結合部位較為光滑,減小流管的收縮和擴張。,誘導阻力,伴隨升力的產(chǎn)生而產(chǎn)生。機翼翼展為有限值翼型翼展為無限大,下翼面壓力上翼面壓力,氣流繞過翼梢,向上翼面流動,機翼后緣拖出尾渦渦面,產(chǎn)生展向速度,翼面上流線發(fā)生彎曲,產(chǎn)生誘導速度場,下洗速度(與升力方向相反),減小誘導阻力的措施,分析可知,機翼的誘導阻力是機翼特有的阻力,只有當升力不為零時,才會有誘導阻力換句話說,誘導阻力是產(chǎn)生有用升力必須付出的“代價”,只能減小,而無法絕對避免它。措施采用誘導阻力較小的機翼平面形狀。橢圓形梯形矩形。加大機翼的展弦比也可以減小誘導阻力。在機翼安裝翼梢小翼。,阻力,阻力公式可以表示為影響阻力的因素阻力系數(shù),,有利飛行速度,,迎角對阻力系數(shù)的影響,阻力系數(shù)曲線不與CD0的橫線相交,說明在任何迎角下飛機的阻力都不等于零。在迎角等于零附近,阻力系數(shù)最小,然后隨著迎角絕對值的增加而增大。,,,升阻比曲線,看一架飛機的飛行性能,是不是能產(chǎn)生的升力越大越好呢以較小的阻力獲得所需要的升力,才能提高飛機的飛行效率。為此我們引入升阻比的概念,用K表示KL/DCL/CD,極曲線,極曲線是升力系數(shù)對阻力系數(shù)的曲線。對每一個迎角都可以得到一個升力系數(shù)和一個阻力系數(shù),以CL為縱坐標,以CD為橫坐標,將各點連線就得到了極曲線。,從原點所引直線與極曲線交于兩點,則兩點的升阻比相同,較高者的迎角較大,較高者的平飛速度較小。由坐標原點作極曲線的切線,則切線處對應的升阻比即為機翼的最大升阻比KMAX,,,,,,
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簡介:航天航空儀器,三組吳犇寅,激光測距儀,激光測距儀,是利用激光對目標的距離進行準確測定的儀器。激光測距儀在工作時向目標射出一束很細的激光,由光電元件接收目標反射的激光束,計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間,計算出從觀測者到目標的距離。激光測距儀重量輕、體積小、操作簡單速度快而準確,其誤差僅為其它光學測距儀的五分之一到數(shù)百分之一。,激光測距儀原理,利用紅外線測距或激光測距的原理測距原理基本可以歸結為測量光往返目標所需要時間,然后通過光速C299792458M/S和大氣折射系數(shù)N計算出距離D。由于直接測量時間比較困難,通常是測定連續(xù)波的相位,稱為測相式測距儀。當然,也有脈沖式測距儀,典型的是WILD的DI3000。需要注意,測相并不是測量紅外或者激光的相位,而是測量調(diào)制在紅外或者激光上面的信號相位。建筑行業(yè)有一種手持式的激光測距儀,用于房屋測量,其工作原理與此相同。2測物體平面必須與光線垂直通常精密測距需要全反射棱鏡配合,而房屋量測用的測距儀,直接以光滑的墻面反射測量,主要是因為距離比較近,光反射回來的信號強度夠大。與此可以知道,一定要垂直,否則返回信號過于微弱將無法得到精確距離。3可以測物體平面為漫反射通常也是可以的,實際工程中會采用薄塑料板作為反射面以解決漫反射嚴重的問題。4超聲波測距精度比較低,使用比較少。5激光測距儀精度可達到1毫米誤差,適合各種高精度測量用途。,激光陀螺儀,現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器,它是現(xiàn)代航空,航海,航天和國防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導航儀器,它的發(fā)展對一個國家的工業(yè),國防和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機械式的陀螺儀,機械式的陀螺儀對工藝結構的要求很高,結構復雜,它的精度受到了很多方面的制約。我國成為繼美法俄后,世界上第四個具備獨立研制激光陀螺能力的國家,為我國打破國際壟斷,在精確打擊武器的導航定位、姿態(tài)測量與控制、精確制導、平臺穩(wěn)定等方面全面趕超世界強國奠定了重要基礎。,激光陀螺及其軍事應用,近日,國內(nèi)媒體報道了國防科技大學激光陀螺創(chuàng)新團隊的先進事跡。該團隊矢志不渝,三代人攻關43載,終于使我國成為繼美法俄后,世界上第四個具備獨立研制激光陀螺能力的國家,為我國打破國際壟斷,在精確打擊武器的導航定位、姿態(tài)測量與控制、精確制導、平臺穩(wěn)定等方面全面趕超世界強國奠定了重要基礎。不過,小陀螺如何與國防科技聯(lián)系在了一起,激光陀螺是什么,許多人未必了解。,“陀螺原理”及傳統(tǒng)陀螺,先從陀螺說起。許多人小時候一定玩過一種玩具陀螺“冰猴”。腳尖身圓的“冰猴”放在地上,用一根繩子做的鞭子猛抽“冰猴”,“猴身”就能轉(zhuǎn)起來,用鞭子抽得越狠,它就轉(zhuǎn)得越飛快,不會倒下。在日常生活中,我們也發(fā)現(xiàn)如果一個物體旋轉(zhuǎn)時速度很快,它就會穩(wěn)定地立在一個地點不動,轉(zhuǎn)速足夠快的時候,即使平板傾斜一些,它仍然不會倒,并且轉(zhuǎn)軸始終指向一個固定方向。這就是物體的“定軸特性”??茖W家利用“定軸特性”制造出能定向和定位的陀螺儀,通過將陀螺定軸方向與運載體的軸心相比對,就能得出運載體的正確方向和瞬時位置。而以陀螺儀為核心部件,進而組裝出慣性導航系統(tǒng)或制導系統(tǒng)。因此,陀螺是航天、航空、航海裝備及很多武器裝備在作戰(zhàn)中不可缺少的定位和導航裝置。傳統(tǒng)的慣性陀螺主要是指機電陀螺,但其穩(wěn)定性以及定向與定位精度不夠,不能滿足現(xiàn)代武器精確打擊的要求??蒲腥藛T一直希望能找到更好的陀螺儀,幫助運載體精確定位與定向、穩(wěn)定運行,更好地發(fā)揮武器的效能,激光陀螺無疑是一種很好的替代品。,何為激光陀螺,科技名詞定義激光陀螺,學名“環(huán)形激光器”。實際上是一種無質(zhì)量的光學陀螺儀,利用環(huán)形激光器在慣性空間轉(zhuǎn)動時正反兩束光隨轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生頻率差的效應,測定敏感物體相對于慣性空間的角速度或轉(zhuǎn)角,進而測定物體方向等。原理一束光經(jīng)分光器被分成完全相同的兩束光后,進入同一環(huán)形光回路,分別沿順時針方向和逆時針方向相向傳播。如果讓光回路繞垂直于自身的軸旋轉(zhuǎn)起來,這兩束光之間會產(chǎn)生相位差,利用光的干涉性能測出相位差,進而得出光回路旋轉(zhuǎn)的角速度。如果光回路被制成一個環(huán)形激光器,其中傳播的光就是方向性好、聚束性強、相干性優(yōu)的激光,因此就形成了一個能通過敏感角速度來測定方向與姿態(tài)并具有快速尋北與穩(wěn)定作用的激光陀螺。主要作用主要用于精確打擊武器的導航定位、姿態(tài)測量與控制、平臺穩(wěn)定,為它們有效完成作戰(zhàn)任務提供更好的保障。,在軍事上的主要應用,首先,激光陀螺用于為各類戰(zhàn)機和精確打擊武器提供導航和制導所需要的實時航向、速度、高度、姿態(tài)等空間位置信息。使戰(zhàn)機能可靠飛行和靈活進行高速戰(zhàn)術機動,并使精確打擊武器的射程和命中精度得到很大提升。同時,它還為機動發(fā)射的彈道導彈、巡航導彈尋北提供方位基準,使它們能實現(xiàn)快速定向定位,準確地命中目標。其次,為艦艇、潛艇和制導魚雷提供航向、航深、航速和位置等基準數(shù)據(jù)。使它們不依賴于任何外部信息,就能獨立地進行實時導航。第三,作為穩(wěn)定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要組成部分。使坦克、裝甲車等陸地戰(zhàn)車在行進中,實時感知車體上仰和下俯等動作,自動將火炮和機槍等武器穩(wěn)定在原定方向和位置,保證武器瞄準和射擊時不受車體行進過程的影響。第四,作為航天器姿態(tài)和軌道控制系統(tǒng)的重要組成部分,協(xié)助衛(wèi)星保持正確姿態(tài),使其天線波束始終能對準地球覆蓋區(qū),準確完成對地面轉(zhuǎn)發(fā)和傳播信號以及對地面目標的探測。第五,用于運載火箭的慣性制導系統(tǒng)中。簡化導引和控制系統(tǒng)結構,減小火箭的控制難度,增強火箭的飛行穩(wěn)定性,同時降低火箭的發(fā)射重量,增大火箭的運載能力,提高航天器的入軌精度以及機動性和變軌能力,激光陀螺儀工作原理,陀螺儀基本上就是運用物體在高速旋轉(zhuǎn)時,角動量會很大,旋轉(zhuǎn)軸會一直穩(wěn)定指向一個方向的性質(zhì)為依據(jù),用它來保持一定的方向,制造出來的定向儀器。不過它必需轉(zhuǎn)得夠快,或者慣量夠大(也可以說是角動量要夠大)。不然,只要一個很小的力矩,就會嚴重影響到它的穩(wěn)定性,所以設置在飛機、飛彈中的陀螺儀是靠內(nèi)部所提供的動力,使其保持高速轉(zhuǎn)動的。,1986年,挑戰(zhàn)者號航天飛機解體,所有的航天飛機停飛兩年。2003年,此前剛執(zhí)行過第4次維修哈勃空間望遠鏡任務的哥倫比亞號航天飛機在返回時失事,所有的航天飛機再次停飛兩年停飛兩年。,,哈勃空間望遠鏡,哈勃空間望遠鏡,(HUBBLESPACETELESCOPE,縮寫為HST)1,是以天文學家愛德溫哈勃為名,在軌道上環(huán)繞著地球的望遠鏡,它的位置在地球的大氣層之上,因此影像不會受到大氣湍流的擾動,視相度絕佳又沒有大氣散射造成的背景光,還能觀測會被臭氧層吸收的紫外線。它于1990年成功發(fā)射,彌補了地面觀測的不足,幫助天文學家解決了許多天文學上的基本問題,使得人類對天文物理有更多的認識。是天文史上最重要的儀器之一。2011年11月,借助哈勃空間望遠鏡,天文學家們首次拍攝到圍繞遙遠黑洞存在的盤狀構造。2013年12月,天文學家利用哈勃太空望遠鏡在太陽系外發(fā)現(xiàn)5顆行星,它們的大氣層中都有水存在的跡象,是首次能確定性地測量多個系外行星的大氣光譜信號特征與強度,并進行比較。,原理,大氣層中的大氣湍流與散射,以及會吸收紫外線的臭氧層,這些因素都限定了地面上望遠鏡做進一步的觀測。太空望遠鏡的出現(xiàn)使天文學家成功地擺脫地面條件的限制,并獲得更加清晰與更廣泛波段的觀測圖像。一架蘇聯(lián)A60機載激光武器試驗機上的徽標,明確顯示出以激光武器攻擊哈勃空間望遠鏡的圖像。因而引發(fā)對哈勃空間望遠鏡是否單純用于和平用途的爭論,以及反對太空軍事化的抗議。更有陰謀論者進一步指出哈勃空間望遠鏡初期的“近視”缺陷乃有意為之,直至蘇聯(lián)解體后兩年才加以修正。,光學系統(tǒng),望遠鏡的光學部分是整個儀器的心臟。它采用卡塞格林式反射系統(tǒng),由兩個雙曲面反射鏡組成,一個是口徑24米的主鏡、另一個是裝在主鏡前約45米處的副鏡,口徑03米。投射到主鏡上的光線首先反射到副鏡上,然后再由副鏡射向主鏡的中心孔,穿過中心孔到達主鏡的焦面上形成高質(zhì)量的圖像,供各種科學儀器進行精密處理,得出來的數(shù)據(jù)通過中繼衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)回地面。,高速光度計,高速光度計是安裝在哈勃太空望遠鏡的科學儀器之一,他被設計得能夠快速的測量天體的光度變化和偏極性。它可以在紫外線、可見光和近紅外線的波段上,每10微秒測量一次光度。新穎的設計使它能透過各種濾鏡和孔徑去觀察,卻沒有任何運動的機件。高速光度計是隨著哈勃太空望遠鏡一起升空的儀器之一,但因為主鏡的光學問題而未能成功的使用。在1993年12月,第一次的哈勃維護任務中,就被為矯正其他儀器的光學問題的太空望遠鏡光軸補償校正光學(COSTAR)替換掉,廣域和行星照相機(WFPC),廣域和行星照相機(WFPC)(發(fā)音如同WIFFPICK)是安置在哈勃太空望遠鏡上的一架照相機。他是在哈勃發(fā)射時就安裝在上面的儀器之一,但是他的功能因為主鏡的光學瑕疵而被嚴重的削弱。而即使在哈勃太空望遠鏡有像差的情況下,仍然有一定數(shù)量的發(fā)現(xiàn)。他在明亮天體的觀測上產(chǎn)生可貴且有價值的高解析力圖像。廣域和行星照相機是由任教于加州理工學院的行星科學家詹姆斯A韋士伐提議的,并且在噴射推進實驗室的管理下完成設計和制造。在他提議的年代,1976,CCD(CCD是一種半導體器件,能夠把光學影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素(PIXEL)。)幾乎未曾用在天文學的影像處理上,但是他的高解析力,讓天文學家強烈的建議應該考慮在哈勃太空望遠鏡的儀器上使用。廣域和行星照相機包含了兩架獨立的相機,每架都有四片德州儀器的800X800畫素CCD,構成了相鄰接的視野。廣域照相機的每個畫素視野為01弧秒,在犧牲角解析力的情況下可以對光度微弱的天體進行全景觀測。行星照相機每個畫素的解析力為0043弧秒,用于高分辨率的觀測。利用一個可以轉(zhuǎn)動45度的四面體的金字塔來選擇使用的相機。,WFPC2,3,在1993年12月STS61的維修任務中,廣域和行星照相機被新的第二代替換,為了避免混淆,通常WFPC就是第一代的廣域和行星照相機,新機稱為WFPC2。WFPC2是由原先的備用機改良的,主要是修正了主鏡的像差。WFPC3使用的是當年從哈勃上帶下來的WFPC的殼(真會廢物利用?。褂脙蓚€2048X4096PX的CCD在可見光/紫外線波段進行觀測,再加上另外的一個紅外線感光器,專司紅外線波段。紅外線感光器是JAMESWEBB太空望遠鏡(哈勃的「后繼者」)將使用的設備的開路先鋒。,黑匣子,什么是黑匣子黑匣子學名航空飛行記錄器,是飛機專用的電子記錄設備之一。它能把飛機停止工作或失事墜毀前半小時的語音對話和兩小時的飛行高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情況、耗油量、起落架放收、格林尼治時間,還有飛機系統(tǒng)工作狀況和發(fā)動機工作參數(shù)等飛行參數(shù)都記錄下來,需要時把所記錄的內(nèi)容解碼,供飛行實驗、事故分析之用。,黑匣子發(fā)展歷程,黑匣子伴隨著飛行安全的迫切需求以及飛機制造水平的不斷進步而快速發(fā)展,一般行業(yè)內(nèi)比較認同將黑匣子從誕生到眼下發(fā)展分為四代,第一代(鉑帶記錄器),第一代黑匣子誕生于上世紀50年代初,是在飛機設計試飛記錄設備的基礎上改進而來的,其工作原理為通過在金屬箔帶上用針留下劃痕來反映數(shù)據(jù)變化曲線,僅能記錄航向、高度、空速、垂直過載和時間等5個飛行參數(shù)。已淘汰。,第二代(磁帶記錄器),第二代黑匣子出現(xiàn)于上世紀50年代末,其工作原理類似于普通磁帶機,但在磁帶機外面加裝了具有抗沖擊、耐火燒等能力的保護外殼,按照美國聯(lián)邦航空局當時頒布的第一個黑匣子標準TSOC51,要求黑匣子能夠承受100G(重力加速度)、持續(xù)11MS的沖擊,以及1100℃、30分鐘的火燒。1966年標準更新為TSOC51A,將抗強沖擊指標提高到1000G,并增加了抗穿透、靜態(tài)擠壓、耐海水浸泡、耐腐蝕液體浸泡等要求。第二代黑匣子一般可以記錄幾十個參數(shù),并同時出現(xiàn)了座艙音頻記錄器。已基本淘汰。,第三代(半導體固態(tài)記錄器),第三代黑匣子出現(xiàn)于上世紀90年代。隨著微電子技術的突飛猛進,黑匣子開始采用半導體存儲器記錄數(shù)據(jù),隨著對飛機墜毀時黑匣子破壞情況的不斷深入認識,黑匣子的抗墜毀能力標準更新為TSOC124,抗強沖擊指標提高到3400G,1100℃高溫火燒時間提高到60分鐘,耐海水浸泡時間由36小時增加到30天,增加了耐6000米深海壓力要求。1996年,美國聯(lián)邦航空局發(fā)布了TSOC124A標準,增加了抗260℃、10小時的火燒要求。第三代黑匣子記錄參數(shù)一般在幾百個,功能已從飛行事故調(diào)查,逐漸延伸到日常飛行員監(jiān)控、飛機故障診斷與維護。目前部分型號仍在使用。,第四代(增強型半導體固態(tài)記錄器),可以記錄視頻信息,記錄的參數(shù)數(shù)量也多達幾千個,并且能夠通過衛(wèi)星等數(shù)據(jù)鏈定期傳輸黑匣子的關鍵數(shù)據(jù)。但由于通訊帶寬和信號盲點以及氣象環(huán)境等影響,數(shù)據(jù)實時傳輸方式無法完全取代傳統(tǒng)黑匣子的作用。此外,新型拋放式黑匣子也已經(jīng)出現(xiàn),它能夠在飛機墜毀時自動與機體分離,并具備水上漂浮和無線電、衛(wèi)星定位功能,,THANKS,,謝謝觀看,,
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