空速管是个什么玩意儿

高攀升

对于飞行来说，最重要的飞行参数莫过于高度、速度和升降速度，准确测量这些参数对于判定飞行状态和正确操作飞机都有十分重要的意义。要准确测量这些参数，需要依赖一套完整的全静压系统，特别是其中一个小小的部件——空速管。空速管虽然不起眼，却是飞机上最重要的传感器之一。在1996年2月6日，土耳其伯根航空301号班机，一架波音757客机，因为空速管被昆虫筑巢堵塞，在从圣多明各机场起飞5分钟后坠毁，机上189人无一生还。看来这小小的空速管好似隐藏了很深的玄机，那我们就来揭它开背后的奥秘。

标准气压高度与指示空速

飞行的高度和速度无法直接地测量，却可以通过测量大气参数间接获得。飞机一般在对流层和同温层底层飞行，在这一区间里，大气的压力随着高度的升高有递减的趋势，且每一高度上气压与高度值都存在一一对应关系，那么通过测量当前高度的气压可以间接推算出当前高度值。然而在不同季节和不同地区气压与高度的对应关系并不一致，为了满足飞机仪表标准化需求，必须按统一标准的大气物理性质进行换算，因而国际民航组织（ICAO）制定了国际标准大气（ISA）。国际标准大气（ISA）以北半球中纬度地区大气物理性质的平均值为依据并加以适当的修正而制定，只要以国际标准大气为依据，那么气压与高度之间就有确定的对应关系，由测量的气压值对应得到的高度值就是飞机当前的标准气压高度。标准气压高度是国际上通用的高度，主要防止同一空域、同一航线上的飞机在同一气压面上飞行时两机发生相撞。

当气流相对于飞机运动时，在正对气流方向的飞机表面，气流完全受阻，气流的动能转化为压力能和内能，此处的气压会升高。当前高度的真实气压为静压，迎风表面测得的气压为总压，又称全压，全压与静压之差为动压。若不考虑空气压缩性，认为空气的密度和温度基本不变，动压与空速的平方成正比。按照标准大气条件下动压与空速的关系，测量当前动压而得到的空速为指示空速。指示空速又称表速，未经过任何补偿，只是近似反应当前的真实空速。

空速管与全静压系统

空速管是测量当前高度的静压和飞行全压的装置。空速管通常装在机身前部的两侧或者机头正前方，有的机型装在机翼或尾翼上，也有些机型将空速管和测量迎角用的迎角探测器组合安装在机头的两侧。空速管朝向飞机飞行方向安装，以便准确测量相对气流方向的速度。

空速管一般由两个同心圆管组成，内圆管为全压管，外套管为静压管。内圆管在前端开有总压孔用来采集迎面气流的全压，外套管在管壁均匀开有一排静压孔用以采集当前高度的静压。需要说明的是，并不是只有空速管可以采集静压，机身两侧还有独立的静压口专门采集静压；另外有些机型的空速管没有静压管，只能采集全压，而用机身两侧的静压口采集静压。空速管内部还有电加温装置，以防止在空速管内凝结的水汽结冰堵塞空速管。

使用膜盒压力表测量外套管气压可直接得到静压，测量内外套管的压力差可得到动压，也可以测量外套管的气压变化率得到静压变化率。如果将测量静压、动压和静压变化率的三块膜盒压力表的刻度分别改为标准大气条件下与之对应的高度、速度和高度变化率，那么指针指示的就是当前的标准气压高度、指示空速和升降速度。传统的机械式高度表、速度表和升降速度表的工作原理就是这样的。

空速管、静压口、膜盒式仪表以及连接它们的气压管路共同组成了全静压系统。老式的小飞机往往只有一套全静压系统；老式的大型飞机上正副驾驶分别使用各自独立的一套全静压系统，并且两套系统之间有转换开关，以方便一方的全静压系统故障时可以迅速切换至另一套系统。现代飞机全静压系统中使用数字传感器将空速管和静压口采集的气压数据转换为数字信号，使用大气数据计算机（ADC）处理这些数字信号，并用电缆线代替气压管路进行信号传递，并使用数字显示器进行显示。典型飞机有三套独立的ADC，正副驾驶各使用一套ADC作为各自电子显示器的数据源，另外一套作为备用数据源。然而可以想象，一旦飞机上的电源失效，ADC及电子显示器就会停止工作，所以现代飞机都会保留一套传统的全静压系统作为备用，使用的是传统的气压式高度表和指针式空速表。

大气数据计算机

指示高度和指示空速是将静压和总压依据标准大气条件换算得到的，并没有进行修正。一方面大气数据不仅包括全压、静压数据，还包括总温数据；另一方静压口测量的静压并不会完全等于飞机外的静压，飞机的迎角、侧滑、襟翼和起落架位置等因素都会影响静压的测量，因此需要对静压源误差进行校正。大气数据计算机（ADC）会采集以上所有数据进行计算，完成数据的校正。

传感器输送至ADC的信号应当为数字信号。以空速管为例，静压管和总压管感应到的气压信号应当通过压阻式传感器或者压频式传感器转换为数字信号再输送至ADC。同时总温信号、迎角信号、侧滑角信号、以及襟翼和起落架位置信号等都需要输入ADC进行运算，最终得到校正后的较为准确的高度、空速及升降速度。

ADC计算的数据一方面传送到各仪表，比如在正副驾驶员飞行仪表板上的主飞行显示器上显示，供驾驶员了解当前飞行状态；另一方面通过数据总线传输到其他设备，比如飞行数据记录系统、自动驾驶系统等。

空速管与全静压系统的维护

按照飞机维护手册，当飞机在地面停放时必须将空速管加上保护堵盖，以防进入外来物将空速管堵塞。保护堵盖带有一条鲜艳的红色飘带，印有“起飞前取下”字样，以提醒机务人员在飞机起飞前及时取下。在飞机进行地面清洁或者喷漆时，空速管和静压口都要进行保护。另外静压口和空速管附近的蒙皮区域为为气动敏感区域，必须保持光滑无损伤，以免影响全静压的测量精度。

另外飞机的整个大气数据系统在指定周期内必须进行测试校准。一般使用大气数据模拟器来模拟特定高度和空速下的大气数据特性，即大气的动压和静压，并将模拟的大气与飞机空速管相连接，让飞机全静压系统采集大气数据并进行运算，检查确认驾驶舱仪表的读数与模拟器制造的大气数据特性是否一致，并进行校准。

小失误酿成大灾难

我们再来回顾伯根航空757客机坠毁的案例。失事的客机曾在圣多明各机场停留了三个星期，这三个星期里飞机的空速管始终未被套上保护盖。而飞机在机场被闲置或等候任务时，必须为空速管加上保护堵盖，机务人员的失误给了当地的胡蜂以可趁之机，这种胡蜂极有可能在这段时间内在空速管内筑巢，造成了空速管的堵塞，因而造成了飞机下次运行时错误的空速显示。

当然机长还是要承担主要的责任，因为他在起飞滑行阶段发现自己的仪表显示的空速信息错误时，没有及时终止起飞，这属于严重违规行为。可能他对自己过于自信，认为可以在空中把问题解决掉，但却要以机上189人的生命为赌注。飞机升空后，主驾驶空速表读数看似回复正常，但机长并没有确认正副驾驶的空速表读数哪个正确，而是接通了自动驾驶，使得自动驾驶仪按照主驾驶空速表错误的读数引导飞机飞行，在此期间机长始终没有对空速做出正确判断。虽然副驾驶和机械师做出了正确的判断，但副驾驶并没有及时接管飞机，只是在引导机长进行正确操作。而机长慌乱中错误操作飞机，最终造成了飞机失速坠毁。

同年的10月，秘鲁航空603号班机，同样是波音757客机，再次上演了这样的悲剧。这次事故的起因是勤务人员在进行飞机清洁后忘记将覆盖在静压口上的胶带除下，且机长在起飞前检查时也没有发现，导致飞机升空后无法获取准确的静压数值，因而高度、速度信息显示失灵，最终导致飞机坠毁。

从这两起空难中我们可以看出，虽然起因是小小的失误，但最终的结果却是由多个人为差错造成的。事故的原因不是单一的，往往涉及许环节，就类似一条事故链，而只要有人将任何一个环节截断，灾难就不会发生。

责任编辑：王鑫邦