CESSNA 172R飞机全静压系统原理及常见故障浅析

刘玉典

摘要：全静压系统为飞机提供实时的外界大气全压、静压和动压数据，用于计算和指示飞机的高度、空速和升降速度等飞行参数。本文旨在通过对Cessna 172R型飛机全静压系统工作原理和常见故障进行分析，为飞机的日常维护提供建议。

关键词：全压;静压;动压;泄露;堵塞

Cessna 172R型飞机全静压系统主要包括用于采集大气数据信息的皮托管（空速管）、静压孔和全静压管路，用于处理和计算大气数据信息的大气数据计算机GDC74A和高度编码器，以及用于指示或显示大气数据信息处理和计算结果的各飞行仪表（PFD主飞行显示器、高度表、空速表和升降速度表等）。

一、全静压系统简介

（1）皮托管（空速管）：位于飞机左大翼前缘中部下方，如图1.1所示，前端小孔用于采集全压数据，并通过管路与指示空速表上的全压接头相连。

（2）静压孔：位于机身防火墙后方外部左侧，如图1.2所示，用于采集静压数据，通过管路将静压信号传递至高度表、空速表、升降速度表、高度编码器等。

（3）备用静压源：Cessna 172R型飞机利用座舱内部空气作为飞机的备用静压源，在驾驶舱中央操纵台上有备用静压源选择手柄，如图1.3所示，可通过人工推入或拉出手柄，选择使用外界大气或驾驶舱内部空气作为静压源。

（4）全静压管路：用于传递全、静压等大气数据信息的管路，位于机体内部。

（5）大气数据计算机GDC74A和高度编码器：用于采集和处理来自各传感器的大气数据信息，并将处理的结果传送至各综合显示器和指示仪表。

（6）GDU1040显示器和指示仪表：主飞行显示器PFD和高度表（图1.4）、空速表图（1.5）以及升降速度表图（1.6）。

（二）全静压系统基本原理

根据空气动力学相关知识，大气的压力P（静压P0）与高度H、温度T和密度ρ之间存在密切的关系，即P=ρTR（R为气体常数），且随着高度的增加，空气的密度、温度降低，静压随之降低，所以根据静压变化的大小即可指示出高度的变化，根据静压的变化率即可指示出升降速度的变化。而空速ν与动压Pd相关，即ν= ，且动压（Pd）=全压（Pt）-静压（P0），所以根据全压和静压的变化即可指示出空速的变化。

（1）高度的指示

Cessna 172R型飞机的高度指示包括GDU1040显示器上的数字指示和气压式高度表上的指针指示，本文仅讨论气压式高度表基本工作原理。气压式高度表的感受部分是一个真空膜盒，如图2.1所示。作用在真空膜盒上的气压为零时，真空膜盒处于自然状态。受大气压力作用后，真空膜盒收缩并产生弹力。当真空膜盒产生的弹性力与大气作用在真空膜盒上的总压力平衡时，真空膜盒变形到程度一定，指针指出相应的高度。

（2）升降速度的指示

Cessna 172R型飞机的升降速度指示包括GDU1040显示器上的数字指示和气动式升降速度表上的指针指示，本文仅讨论气动式升降速度表基本工作原理。气动式升降速度表的感受部分由一个表壳以及安装在表壳内的开口膜盒和计量组件组成，如图2.2所示。膜盒的气压始终与外界气压相等，表壳内部的气压由于计量组件的阻流作用，使气压变化滞后于外界气压变化。

（3）空速的指示

Cessna 172R型飞机的空速指示包括GDU1040显示器上的数字指示和气动式指示空速表上的指针指示，本文仅讨论气动式指示空速表基本工作原理。气动式指示空速表根据空速和动压的关系，利用开口膜盒测量动压，从而得到指示空速。

空速表的感受部件为一个开口膜盒，如图2.3所示。膜盒内部通全压，外部通静压，膜盒内外的压力差即是动压。在动压的作用下膜盒产生位移，经过传动机构带动指针指示，指针角位移即可反映动压大小。在静压和温度一定的条件下，动压的大小完全取决于空速，因此指针的角位移即可指示出空速的大小。

（三）全静压系统常见故障

Cessna 172R型飞机全静压系统在日常使用和维护过程中容易出现皮托管和/或静压孔堵塞、全静压系统管路堵塞和/或泄露等故障，以上故障均会导致全静压系统指示异常，给飞行安全造成隐患。下面就全静压系统几种常见故障现象进行浅析：

（1）皮托管堵塞

飞机在飞行过程中以及地面停放时，可能因空气中的水汽、尘埃、杂质等造成皮托管结冰、堵塞。当皮托管堵塞时，静压P0正常，全压Pt保持不变，因此，飞机高度和升降速度指示正常：

a）当飞机以一定速度爬升时，静压P0减小，动压（Pd）=全压（Pt）-静压（P0）随之增大，空速指示增大;

b）当飞机保持飞行高度飞行时，静压P0不变，动压（Pd）=全压（Pt）-静压（P0）不变，空速指示随着飞行速度变化保持不变;

c）当飞机以一定速度下降时，静压P0增大，动压（Pd）=全压（Pt）-静压（P0）随之减小，空速指示减小。

（2）静压孔堵塞

当飞机静压孔因结冰或污染等原因导致静压孔堵塞，此时静压P0保持不变，高度表指示不变，升降速度表指示为0。

a）当飞机以一定速度爬升时，全压Pt减小，动压（Pd）=全压（Pt）-静压（P0）也随之减小，空速指示减小;

b）当飞机以一定速度下降时，全压Pt增大，动压（Pd）=全压（Pt）-静压（P0）也随之增大，空速指示增大。

（3）静压管泄露

因Cessna 172R型飞机无增压，当静压管发生泄露时，静压略有减小，因此高度指示略有增加;动压（Pd）=全压（Pt）-静压（P0）随之增大，空速指示增大;升降速度表在静压管泄露的瞬间，指针跳动一下，随后恢复正常。

（四）全静压系统使用和维护注意事项

全静压系统在日常使用和维护过程中，应注意规范操作，按照要求正确使用，保持全静压系统的清洁与畅通，并按照飞机维护手册的要求定期进行全静压系统清洁、测试与维护。

（1）在对皮托管进行地面通电加温测试时，应按照维护手册或者工作单卡的要求进行，且加温时间不得超过30s，避免长时间通电加温造成皮托管温度过高，烧坏皮托管及其后部管路、电气插头和导线，或造成人员误伤。

（2）定期对皮托管和静压孔及其周边区域进行清洁，去除可能造成皮托管和静压孔堵塞、变形的杂物和污染源，特别要注意保持静压孔周边区域干净平整，静压孔及其周边区域的损伤变形都有可能导致静压源误差。

（3）根据CCAR-91和CCAR-43部规章的有关规定，需每两年对全静压系统进行一次全面校验。

（4）如需对全静压系统管路进行吹洗，在吹洗之前应确保脱开全静压管路与仪表的连接，避免因静压突然增大而损伤仪表。吹洗结束后，应确保正确连接管路和仪表，并对接头等重要位置进行气密性测试，确保重新连接后的全静压系统具有良好的气密性。

参考文献：

[1]阎成鸿，聂挺.Cessna172R型飞机机型培训教材.中国民航飞行学院.

[2]Cessna172RAMM维护手册.

[3]任毅，刘世贵. CESSNA172R飞机静压系统分析.中国新通信.2015

1555500511342