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不知道大家坐飛機的時(shí)候有沒(méi)有留意過(guò)，飛機靠近機頭的地方有許多凸起的“東西”，其實(shí)這些就是傳感器。別看傳感器小得很不起眼，但它們卻發(fā)揮著(zhù)事關(guān)飛行**的巨大作用。
今天的內容就和大家來(lái)聊一聊飛機上的那些傳感器。
空速管
在飛機的機頭或機翼上一般都會(huì )有一根細長(cháng)的方向朝著(zhù)飛機的正前方管子，這就是空速管?？账俟茴櫭剂x就是用來(lái)測量飛機飛行時(shí)的空速，所謂空速指的是飛機相對空氣運動(dòng)的速度，并不是對地面速度（地速），因為高空中有風(fēng)。理論上飛機的地速=空速+風(fēng)速。
空速管是由18世紀法國工程師H.皮托發(fā)明的，所以又名“皮托管”，它是一種通過(guò)測量氣流動(dòng)壓來(lái)得出空速的裝置。
飛機飛行時(shí)空氣迎面吹過(guò)來(lái)流入皮托管中，在管子的后部就可以感受到流入空氣的全部壓力，我們把這個(gè)壓力稱(chēng)之為“全壓”。
全壓由空氣因流動(dòng)產(chǎn)生的“動(dòng)壓”以及空氣本身的壓力“靜壓”組成，即：全壓=動(dòng)壓+靜壓。要知道空氣的流動(dòng)速度，光測得全壓是不夠的，我們得知道動(dòng)壓，但是動(dòng)壓很難直接測量，不過(guò)我們可以根據前面的那個(gè)公式，只需再測量到靜壓，用全壓減去靜壓就可以得到動(dòng)壓了。因此，這里就需要另外一個(gè)傳感器來(lái)幫忙了，那就是“靜壓孔”。
關(guān)于靜壓孔我們在下文再作介紹。
▲ 波音777空速管位置
空速是重要的飛行參數之一，因而空速管是飛機上重要的傳感器之一，一般飛機上都安裝了2組以上的空速管來(lái)保證**冗余?？账俟苌嫌信潘撞⑶覔碛屑訜峁δ芊乐箍账俟芤蚍e水或結冰而堵塞。平時(shí)飛機停場(chǎng)時(shí)，空速管都要戴上保護套來(lái)防止昆蟲(chóng)或雜物堵塞，飛行前須取下保護套。保護套上系有一根紅色飄帶用以醒目提示。如果空速管出現故障、結冰阻塞或者未摘下保護套，無(wú)法顯示出正確的飛行速度讀數，情況嚴重的會(huì )造成機毀人亡的重大事故。
▲ “戴套”的空速管
2009年6月，法國航空的一架空客A330-200客機由巴西里約熱內盧飛往法國巴黎，飛機在飛行途中由于空速管結冰導致空速顯示異常，*終因飛行員誤判誤操作致使飛機墜毀在大西洋，機上228人無(wú)人生還。
2018年7月，馬來(lái)西亞航空一架空客A330-300客機從澳大利亞布里斯班飛往馬來(lái)西亞吉隆坡，飛機起飛后飛行員發(fā)現空速顯示異常，然后立即請求返航，*后飛機平安返回布里斯班機場(chǎng)。事后調查發(fā)現，飛機空速顯示異常竟是因為空速管保護套未取下，飛機“戴套”飛行所致。
這里要說(shuō)明的是，空速管測得的空速被稱(chēng)為“指示空速”或者叫“表速”，它是按海平面標準大氣條件下空速與動(dòng)壓的關(guān)系換算得來(lái)的，并不是飛機的真實(shí)空速即“真空速”。但就是指示空速卻是飛行員**操作飛機的依據。
▲ 飛機空速表
靜壓孔
靜壓孔顧名思義也就是測量“靜壓”的傳感器，所謂靜壓你可以把它理解為飛機所處周?chē)h(huán)境的空氣“靜止”時(shí)的壓力，也就是飛機所處位置的大氣壓力。
靜壓孔一般位于機身前段的側下方，這個(gè)位置不容易不受到氣流的干擾?？諝鈴倪@里緩慢流入孔內，由壓力傳感器測出飛機所處位置的大氣壓力也就是“靜壓”。同樣為了保證**冗余度，飛機上設置了多組靜壓孔，即便其中一個(gè)失效，其余的靜壓孔還是能可靠提供大氣壓力數據的。
前面提到飛機的空速得有動(dòng)壓換算得出，而動(dòng)壓=全壓-靜壓，全壓由空速管測出，靜壓則由靜壓孔測出，有了這兩個(gè)數據之后，就能知道氣流的動(dòng)壓，因而就能得出飛機飛行的空速了。
▲ 上圖紅圈為空客A321靜壓孔位置
▲ 上圖紅圈所示為空客A330靜壓孔位置
靜壓孔除了提供計算空速需要的靜壓參數之外，還有一個(gè)功能就是測量飛機飛行的高度。我們知道大氣壓力會(huì )隨著(zhù)海拔的升高而降低，并且存在定量關(guān)系。因此當靜壓孔在給空速表提供靜壓參數的同時(shí)，它所測得的大氣壓力換算成海拔高度后顯示在高度表上，飛行員就能知道飛機飛行的高度了。
▲ 飛機高度表
以前飛機的靜壓孔沒(méi)有孔塞，清潔飛機時(shí)需要用膠布貼住來(lái)保護。1996年，秘魯航空一名機場(chǎng)維修人員請病假讓另一位普通修理工代辦，修理工在清洗一架波音757機身的時(shí)候為了防止污水流入用透明膠布把靜壓孔給封住了，清洗完畢忘記把膠布給揭掉。飛機起飛后由于靜壓系統堵住無(wú)法提供速度和高度，*終引起了一系列的問(wèn)題，并且由于機長(cháng)和塔臺的錯誤引導導致飛機墜海，70人喪生！秘魯航空也因此在不久后破產(chǎn)。
迎角傳感器
迎角是指飛機翼弦與氣流之間的夾角，若這一角度過(guò)大會(huì )造成機翼失去升力，從而導致飛機進(jìn)入失速狀態(tài)。因而迎角是重要的飛行參數之一，飛行員必須使飛機在一定的迎角范圍內飛行?，F代絕大多數民航飛機還有失速警告系統，當實(shí)際迎角接近臨界迎角而使飛機有失速的危險時(shí)，失速警告系統即發(fā)出各種形式的告警信號，而迎角傳感器則為失速警告系統提供數據支撐。
▲ 翼弦與氣流之間的夾角α就是“迎角”
迎角傳感器一般安裝在飛機側面靠近機頭的位置，可分為風(fēng)標式和零壓式兩種。
▲ 上圖紅圈內的是波音717的迎角傳感器
風(fēng)標式迎角傳感器是由一個(gè)具有對稱(chēng)剖面的翼型葉片和角度變換器組成，它具有構造簡(jiǎn)單、體積小的優(yōu)點(diǎn)。但是風(fēng)標易受微小擾動(dòng)的影響，安裝位置的影響也很大，在高速飛機上要找到氣流比較平穩的部位是非常困難的。
▲ 風(fēng)標式迎角傳感器
▲ 上圖中*下方紅圈內的即為風(fēng)標式迎角傳感器
壓差歸零式迎角傳感器探頭上有對稱(chēng)的兩對進(jìn)氣槽迎著(zhù)氣流。當飛機迎角不變時(shí)，每對氣槽感受到的氣流氣壓是相等的。當飛機迎角發(fā)生變化時(shí)，使其中一對氣槽感受到的氣壓增加，另一對的氣壓減小，這兩個(gè)氣壓通過(guò)互不相同的氣道作用到槳葉的正反葉面上，其合力產(chǎn)生一個(gè)與迎角變化反向相反的氣動(dòng)反饋力矩，使探頭組件轉動(dòng)，直至兩對氣槽的對稱(chēng)平面與氣流方向平行，兩對氣槽的壓力重新相等為止。同時(shí)，探頭組件的電刷相對于電位計有一個(gè)相應的角位移，從而輸出與迎角變化成比例的電壓信號。目前廣泛運用于各種飛機，優(yōu)點(diǎn)是誤差小、工作穩定。
▲ 壓差歸零式迎角傳感器
2018年10月，印尼獅航一架機齡還不滿(mǎn)半年的波音737MAX8客機從雅加達飛往邦加檳港，飛機在起飛后約十分鐘墜毀在機場(chǎng)旁的爪哇海之中，機上189人無(wú)人生還。盡管到目前為止事故的*終調查報告還未發(fā)布，但從目前所掌握的證據來(lái)看這次事故的原因很可能與迎角傳感器維護不當有關(guān)。
側滑角傳感器
所謂的“側滑”是指飛機對稱(chēng)面與相對氣流方向不一致的飛行，側滑角你可以把它理解為空速方向和飛機中軸線(xiàn)豎直方向的夾角，如下圖。
▲ 側滑角示意圖
側滑是由于存在側風(fēng)或者飛行中飛機對稱(chēng)面偏離飛行軌跡而造成的，從操縱上講主要是登方向舵過(guò)大所造成，就好比高速行駛中的汽車(chē)駕駛員猛打方向盤(pán)會(huì )造成汽車(chē)側滑一樣。
飛機側滑角傳感器一般安裝在機頭部位，其原理和風(fēng)標式迎角傳感器類(lèi)似。
▲ 側滑角傳感器特寫(xiě)
▲ 上圖紅圈內的為空客A350的側滑角傳感器
大氣總溫探測器
大氣總溫傳感器通常安裝在翼尖、垂尾頂部、機頭側面或其他氣流不易受到擾動(dòng)的地方?？倻貍鞲衅髌鋵?shí)就是一個(gè)用來(lái)測量溫度的裝置，但是它測得的數據并非飛機周?chē)h(huán)境大氣的真實(shí)溫度，而是“總溫”。
▲ 上圖從上到下依次為空速管、迎角傳感器、備用空速管，*下方紅色圈內的便是大氣總溫傳感器
總溫是空氣以絕熱過(guò)程完全靜止時(shí)，它的動(dòng)能將轉化為內能時(shí)反映出來(lái)的溫度。飛機飛行時(shí)，空氣相對飛機運動(dòng)，但空氣遇到總溫傳感器探頭時(shí)，會(huì )因為受到阻滯而相對流速降低到零，在這個(gè)過(guò)程當中空氣受到壓縮，動(dòng)能轉換為熱能并且局部溫度會(huì )升高，這個(gè)溫度稱(chēng)為總溫。因此總溫傳感器測得的溫度會(huì )比飛機周?chē)髿猸h(huán)境的溫度要高。例如，飛機在10000米高空以0.8馬赫速度巡航時(shí)，外界大氣約為-60℃，而總溫傳感器的測得的讀數就約為-30℃。
▲ 大氣總溫傳感器結構示意圖
測得總溫后，計算機可以計算出外界大氣的真實(shí)溫度，也就是“靜溫”。除此之外，計算機還可以根據總溫以及指示空速計算出飛機的真實(shí)空速。
防結冰探測器
飛機結冰會(huì )導致飛機操穩品質(zhì)下降，影響飛行**。目前絕大多數民航客機出廠(chǎng)時(shí)都有配備防結冰傳感器。防結冰傳感器一般位于機頭部位，垂直于機頭蒙皮安裝。
▲ 防結冰探測器結構示意圖
防結冰探測器通以交流電，并以一定頻率振動(dòng)。當飛機進(jìn)入結冰條件，探頭開(kāi)始結冰時(shí)，探頭的震動(dòng)頻率會(huì )隨結冰質(zhì)量的增加而下降，當下降到設定值時(shí)會(huì )發(fā)出結冰警告，并自動(dòng)接通機翼和發(fā)動(dòng)機整流罩的防除冰系統，但自動(dòng)防冰一般僅在飛機離地后才能工作。
▲ 大雪過(guò)后，機務(wù)小哥用手上的溫度去融化防結冰探測器上的冰雪
這些傳感器的功能，你都掌握了嗎？
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