子寧

1969年初，波音747的試飛項目由5架飛機(jī)執(zhí)行，每架都有不同的試飛任務(wù)。這架鼻子又長又尖的是5架飛機(jī)中的第三架，但更被世人所熟知的是它的另一個名字——快船風(fēng)暴王（Clipper Storm King）。試飛團(tuán)隊為它安裝了尖鼻梁，除了進(jìn)行機(jī)鼻載荷測試外，一個更重要的目的是，通過安裝在鼻尖和鼻錐內(nèi)部的傳感器，為飛機(jī)在飛行中測量陣風(fēng)數(shù)據(jù)，完善這款當(dāng)時全世界最大飛機(jī)所需的實際飛行數(shù)據(jù)。英語對這個試驗件的叫法是“AIR DATA BOOM”，翻譯過來就是大氣數(shù)據(jù)吊桿，用于獲取大氣數(shù)據(jù)并校準(zhǔn)機(jī)載大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)和相關(guān)傳感器。

今天我們說的大氣數(shù)據(jù)吊桿（下簡稱“大氣吊桿”），和空速管還真的很像，如果不注意很容易搞錯。的確，大氣吊桿具有測量飛機(jī)空速的功能，但它的本領(lǐng)遠(yuǎn)不止此，而且，大氣吊桿基本上只出現(xiàn)在各型飛機(jī)的試飛型號中，在量產(chǎn)型號中并不會出現(xiàn)。進(jìn)行試飛的飛行器通過吊桿可以獲得包括大氣壓力、溫度、氣體流速、攻角等在內(nèi)的多種數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)通過大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)進(jìn)行迭代運算，最終轉(zhuǎn)化為直觀的飛行數(shù)據(jù)，如空速、高度等。特別是在試飛期間的飛機(jī)，雖然進(jìn)行過風(fēng)洞試驗等多項地面和數(shù)字模擬，但在真實試飛中，大氣數(shù)據(jù)吊桿獲得的數(shù)據(jù)被作為主要飛行參數(shù)，或作為與主要飛行儀表進(jìn)行比較的“測量標(biāo)準(zhǔn)”，才能保障飛行安全與科研進(jìn)展。

為獲得精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，大氣數(shù)據(jù)吊桿的安裝位置十分講究。為測量相對不受干擾的大氣，通常情況下，吊桿會安裝在機(jī)鼻處，并向前伸出。就像那架波音747飛機(jī)，它的吊桿長度約5米，最大直徑超過2米，沒錯，大飛機(jī)配大鼻尖，因為把吊桿設(shè)計成這個形狀的另一個目的是整流，最大限度保證飛機(jī)氣動外形的流暢。

不僅是波音747，世界第二大運輸機(jī)C-5“銀河”，在1968年6月30日的首飛時，鼻頭也有一只長度超過6米的大氣吊桿。2006年，經(jīng)過數(shù)字化改裝的C-5M首飛時，也安裝有一只橙色的吊桿。民用客機(jī)方面，俄羅斯蘇霍伊SSJ-100試飛階段也安裝了吊桿，中國第一代大型民用客機(jī)運10也是如此，1991年由浙江教育出版社出版的經(jīng)典的《中國少年兒童百科全書》（科學(xué)技術(shù)）一書的彩頁中就有一張帶大氣吊桿的運10照片，那可能也成為了很多80后出生的人對國產(chǎn)大飛機(jī)的第一印象。

那么，大氣數(shù)據(jù)吊桿具體測量哪些數(shù)據(jù)呢？一般情況下測量的數(shù)據(jù)包括飛機(jī)迎角（AOA）、側(cè)滑角（AOS）、大氣靜壓（Ps）、總壓（Pt）、室外空氣溫度（OAT）和總溫（TAT）等。其中，總溫是指假設(shè)流體以絕熱過程完全靜止時，將動能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能時的溫度，它反映在流體的壓力、溫度和密度上，通過皮托管進(jìn)行測量，并通過大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)參與對發(fā)動機(jī)狀態(tài)的控制。由于直接作用在機(jī)體上的空氣壓力的絕熱壓縮效果，皮托管測量的總溫要比靜壓溫度或真實外部溫度高，例如當(dāng)飛機(jī)巡航速度為0.8馬赫時，總溫比靜壓溫度高約30攝氏度，這30度的溫度富裕降低了對燃油冰點條件的限制。

除了測量基本參數(shù)外，根據(jù)任務(wù)不同，大氣數(shù)據(jù)吊桿還可以安裝特定的傳感器，測量濕度、結(jié)冰、加速度等。

不同的機(jī)型，大氣吊桿安裝的位置也有區(qū)別，如機(jī)翼尖，垂直尾翼頂端等，但相同點是這些位置的來流空氣不受干擾。

對大氣數(shù)據(jù)吊桿獲得的參數(shù)進(jìn)行分析處理的神經(jīng)中樞叫做大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)，它是現(xiàn)代玻璃化駕駛艙中一個必不可少的航空電子組件，因為現(xiàn)代飛機(jī)上的控制系統(tǒng)越來越多，對于大氣壓力、密度、溫度，飛行高度、速度以及高度變化率等信息，不但飛行員要用，而且相關(guān)的控制系統(tǒng)也要用。盡管這些信息的形式繁多，但它們都是以大氣壓力和溫度作為原始數(shù)據(jù)推算出來的，這就是大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)的工作，計算機(jī)最后再把各個系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)按照相應(yīng)的格式分發(fā)下去。

在空中客車制造的飛機(jī)上，大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)與海拔、航向和導(dǎo)航源結(jié)合在一起，稱為大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)單元（ADIRU）。不過，它現(xiàn)在已被“全球?qū)Ш酱髿鈹?shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)”（GNADIRS）取代。GNADIRS在大氣數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，配合慣性基準(zhǔn)（位置和姿態(tài)）信息，為飛機(jī)提供了更全面的飛行數(shù)據(jù)。慣性基準(zhǔn)參考系統(tǒng)中的傳感器包括激光陀螺儀、加速度計和GPS等多種傳感器。

那么，當(dāng)一款飛機(jī)完成相關(guān)試飛后，大氣數(shù)據(jù)吊桿就得拆除，此后飛機(jī)就得通過自己的“原裝”傳感器獲得大氣數(shù)據(jù)了。以空客A350為例，這款飛機(jī)不僅擁有識別度極高的“黑眼眶”，鼻子一圈兒的“小胡須”也很亮眼，這些“小胡須”就是包括空速管在內(nèi)的各種大氣數(shù)據(jù)傳感器。

傳統(tǒng)戰(zhàn)斗機(jī)上，空速管等機(jī)械傳感器安裝在雷達(dá)罩前端，但在世界上最先進(jìn)的隱身戰(zhàn)斗機(jī)殲20身上，就看不到這些凸起的機(jī)械設(shè)備。殲20采用了更先進(jìn)的嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感（FADS）系統(tǒng)，通過壓力傳感器陣列測量飛機(jī)表面壓力分布，并由此壓力分布間接獲得飛行參數(shù)，這更利于系統(tǒng)集成與小型化。嵌入設(shè)計的傳感器不但不會影響氣動外形與隱身效果，還有利于戰(zhàn)斗機(jī)在大馬赫數(shù)和大迎角飛行狀態(tài)下精確測量數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，F(xiàn)ADS系統(tǒng)具有更高的精度、可靠性和適用范圍。在殲20身上見到這些設(shè)備，也說明我國在相關(guān)基礎(chǔ)科研領(lǐng)域取得了扎實的成績。

當(dāng)然，隨著FADS以及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，我們已經(jīng)很少能見到新的大型飛機(jī)在試飛中使用大型大氣數(shù)據(jù)吊桿了，但你可以留意，一些小飛機(jī)試飛時偶爾還會使用小型吊桿，不過根據(jù)身材，把它們叫做“大氣數(shù)據(jù)探針”更加合適。

責(zé)任編輯：陳肖