飞行理论图解 · 空速

空速表与速度定义图解

五种空速 · 四段色弧

表盘上的速度
不一定是飞机的真实速度

表速 · 真空速 · 地速

空速表读到的数字只是起点。往上修位置误差、压缩性误差、密度误差,才得到飞机相对空气的真实速度;再叠上风,才是相对地面的地速。这一页把五种速度、表盘上的四段色弧、法规里的速度限制,以及速度与迎角的关系一次讲完。

01 空速五兄弟:一条修正链条

IAS → CAS → EAS → TAS → GS

IAS 指示空速 · 表速 手册速度限制用它 CAS 修正表速 修掉位置误差 EAS 当量空速 强度载荷用它 TAS 真空速 性能 · 领航用它 GS 地速 相对地面 · 领航推算 − 位置误差 − 压缩性误差 − 密度误差 ± 风(顺加逆减) 表盘上读到的(IAS)只是链条的起点 —— 性能计算看 TAS,落地间隔看 GS
IAS
指示空速,又称表速:按海平面标准大气条件下动压与空速的关系得出;手册中的各种速度限制常用指示空速表示
CAS
修正表速:IAS 修正位置误差(空气动力误差)后得到
EAS
当量空速:CAS 修正空气压缩性误差;常用于表示强度计算中所受载荷
TAS
真空速:EAS 修正密度误差,飞机相对空气运动的真实速度;用于空气动力、性能与领航计算
GS
地速:飞机相对地面的速度;顺风 GS > TAS,逆风 GS < TAS

注 · 私照大纲把链条表述成"仪表空速 → CAS → IAS"(修正顺序与商照版相反),两版定义都有,考哪科记哪科。另记一个结论:等表速爬升,高度越高空气越稀,真空速随高度增大。

02 空速表内部:一张膜盒量动压

全压 − 静压 = 动压

迎面气流 机身蒙皮 全压管(皮托管) 静压孔 全压 Pt 1032.6 hPa 静压 Ps 1013.0 hPa 开口膜盒 膜盒内 = 全压 · 表壳内 = 静压 传动机构 050100150200250300 KNOTS 空速表 实时读数 真速 TAS 110 kt 高度 0 ft 气温 ISA 偏差 0 °C 动压 q 19.6 hPa 指示空速 IAS 110 kt 表速 − 真速 0 kt 海平面相等;越高越热表速偏小

动手试试

拖滑杆:真速/高度/气温变 → 密度与动压变 → 膜盒变形 → 指针转;海平面时 表速 = 真速,越高表速比真速越小

① 全压进膜盒内 · 静压进表壳内(膜盒外)

② 压差 = 动压 → 膜盒变形 → 传动机构 → 指针转

动压公式:q = Pt − Ps(全压 − 静压);v = √( 2q / ρ₀ )(ρ₀ = 海平面标准密度)

③ 标定基准是海平面标准大气 ρ₀:海平面时 表速 = 真速

④ 高处密度小:同样动压对应更大真速 → 表速 < 真速;等表速爬升,真空速随高度增大

本演示忽略压缩性修正(IAS ≈ EAS);完整修正链条「表速 → 校正 → 当量 → 真速」见 01

测什么
动压(全压 − 静压),不直接测速度
结构
开口膜盒:全压管的全压送进膜盒内;静压孔来的静压送进表壳内、膜盒外;压差使膜盒变形,经传动机构带动指针
标定基准
按海平面标准大气(密度 ρ₀)下动压与空速的关系刻度
高空后果
高处密度小,同样动压对应更大真实速度:表速 < 真空速;等表速爬升,真空速随高度增大
皮托管实物:装在机翼上的全压管
实物 · 皮托管(全压管)装在机翼前缘或机头侧面,开口正对气流测全压;结冰天气靠加温防堵。图:Wikimedia Commons(CC BY-SA 2.0)

注 · 皮托管必须正对气流安装;地面检查注意加温与防堵(虫、冰)。空速管与静压孔的堵塞故障处置见 07。

03 表盘色弧:白襟绿正黄警红限

VS0 · VS1 · VFE · VNO · VNE

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 AIRSPEED kt VS0 VS1 VFE VNO VNE VS0 → VFE VS1 → VNO VNO → VNE VNE 白弧 · 襟翼操作范围 绿弧 · 正常操作范围 黄弧 · 警戒范围 红线 · 极限速度 着陆形态失速 → 襟翼全放最大速度 光洁形态失速 → 最大结构巡航速度 只在平稳气流、保持戒备时使用 超出 = 机体损坏、解体风险
白弧
白 襟翼操作范围:下限为着陆形态(起落架和襟翼放下)下最小稳定飞行速度或失速速度 VS0;上限为襟翼完全放下后的最大速度 VFE
绿弧
绿 正常操作范围:下限为光洁形态下最小稳定飞行速度或失速速度 VS1;上限为最大结构强度巡航速度 VNO
黄弧
黄 警戒范围:只有处于平稳气流中、飞行员时刻戒备时才能进入;下限 VNO,上限 VNE
红线
红 极限速度 VNE:超出后机体有损坏与解体的危险
机械式空速表实物:带白弧、绿弧、黄弧与红线的 Cessna 172 空速表
实物 · 机械式空速表(Cessna 172):白弧(襟翼)、绿弧(正常)、黄弧(警戒)、红线(极限)与上图一一对应;外圈 MPH、内圈 KNOTS。图:Wikimedia Commons,Bin im Garten(CC BY-SA 3.0)

注 · 口诀:白襟绿正黄警红限。色弧的下限都对应"该形态下的失速速度",这决定了空速表同时也是失速预警的第一道防线。

04 V 速度总表

九个代号 · 含义速查

载荷因数 n 指示空速 IAS(kt) 050100150200 -2-1+1+2+3+4 禁止区 正失速线 负失速线 失速区 结构强度极限 +3.8 −1.52 VNE · 180kt VA ≈ 117kt · 机动速度 VS0 · 40ktVS1 · 60ktVFE · 90ktVNO · 140kt 机动包线(绿色)内飞行安全;VS1 是正失速线与 n=1 的交点,VA 是包线角点;红线 VNE 之外为禁止区
代号全称含义
VS0着陆构型失速速度着陆构型下的失速速度或最小稳定飞行速度
VS1特定构型失速速度光洁(特定)构型下的失速速度或最小稳定飞行速度
VFE襟翼放下最大速度着陆形态飞行速度范围 VS0 ~ VFE;超过 VFE 放襟翼有结构损伤风险
VNO最大结构巡航速度正常飞行速度范围 VS1 ~ VNO
VNE极限速度超出该速度飞机机体将有损坏与解体的危险(表上红线)
VA设计机动速度全偏舵或强烈操纵时不得超过的速度
VLE起落架放下最大速度起落架在放下位允许飞行的最大速度
VLO起落架操纵最大速度收放起落架时允许的最大速度;收、放速度不同时分别标为 VLO(收上)和 VLO(放下)
VAT进近速度取 1.3 × VS0 与 1.23 × VS1g 中的较大者,用于确定进近速度

注 · 这九个代号里,VS0、VS1、VFE、VNO、VNE 直接画在表盘色弧上(见 03);VAT 出现在着陆性能考点里。所有手册速度限制都按指示空速给出。

05 法规速度限制

30 分考点 · 飞行基本规则

3000m (10000ft) 离地 750m (2500ft) 机场 距机场中心 7.5km(4nm) 3000m(10000ft)以下 · 全空域 ≤ 460 km/h(250 kt IAS) 接近机场 → 再收紧到 200kt 机场附近低空 ≤ 370 km/h(200 kt IAS) 豁免:局方批准 + ATC 同意 豁免:经 ATC 批准
全空域限制
修正海平面气压高度 3000m(10000ft) 以下,指示空速不大于 460km/h(250kt)
机场附近限制
距机场中心 7.5km(4nm) 范围内、离地高度 750m(2500ft) 以下,指示空速不大于 370km/h(200kt)
豁免条件
前者:经局方批准并得到空中交通管制同意;后者:经空中交通管制批准
基准
两条限制都是指示空速(IAS),不是真空速

注 · 记忆:"一万英尺二百五,两千五百英尺两百"。机场附近低空同时落入两个区间时,按更严的 200kt 执行。

06 速度 · 迎角 · 姿态

迎角看气流 · 姿态看水平

爬升 机头高 · 迎角不一定大 α 迎角 θ 俯仰角 相对气流 平飞 基准姿态 α 迎角 θ 俯仰角 相对气流 下降 机头低 · 迎角不一定小 α 迎角 θ 俯仰角 相对气流 迎角对相对气流,俯仰角对水平面 —— 三个状态迎角相同(≈10°),俯仰角不同:+28° / +10° / −8° 迎角大 相对气流 α 迎角大 速度小 升力系数大 → 平飞所需速度小 迎角小 相对气流 α 迎角小 速度大 升力系数小 → 平飞所需速度大
迎角
翼弦与相对气流的夹角;判断迎角大小的依据是相对气流方向
俯仰角
机身纵轴与水平面的夹角;平飞状态下机头抬得越高,仰角越大
关键结论
迎角相同,飞行状态(爬升 / 平飞 / 下降)可以完全不同
速度与迎角
平飞时:迎角大 → 升力系数大 → 所需速度小;迎角小 → 升力系数小 → 所需速度大
襟翼
襟翼偏角大 → 升力系数大 → 平飞所需速度小;偏角小 → 所需速度大

注 · 实际飞行中,平飞所需速度主要随迎角改变:大迎角 = 小速度,小迎角 = 大速度。临界迎角与失速速度留到"失速图解"单独讲。

07 故障与误差识别

堵塞时的空速表



皮托管堵 · 排水孔未堵

被困空气从排水孔漏走 → 空速表读数逐渐降至 0;高度表、升降速度表正常

050100150200250300 KNOTS 空速表 110 kt

基准状态:5000 ft · 110 kt 平飞

皮托管 + 排水孔全堵

全压被封闭 → 空速表变成「高度表」:高于堵塞高度偏大,低于偏小

050100150200250300 KNOTS 空速表 110 kt

基准状态:堵塞前 5000 ft · 110 kt 平飞

静压孔堵塞

静压断供 → 高度表冻结在堵塞高度、升降速度表归零、空速表说谎

050100150200250300 KNOTS 空速表 110 kt

处置:立即转换备用静压源(见卡 4)

备用静压源(座舱)

座舱压力比外界低(螺旋桨滑流)→ 空速表偏大、高度表偏高、升降速度表短时指示爬升

050100150200250300 KNOTS 空速表 110 kt

基准状态:5000 ft · 110 kt 平飞

修正链条上的误差来源在哪一环修正
机械误差表内传动机构的机械误差定期校验(链条起点之前)
位置误差皮托管、静压孔安装位置的气流畸变IAS → CAS
压缩性误差高速下空气可压缩CAS → EAS
密度误差高度、温度偏离海平面标准大气EAS → TAS

注 · 空速表是反映最灵敏的仪表之一,遭遇风切变时空速表会首先出现急剧变化。它和高度表、升降速度表同属全静压系统,任何一块异常都先交叉检查另两块。