空速管的分类和技术特点
飞机空速管是种重要的大气数据传感器，用来精确测量飞行时的大气总压和静压，转换成飞行控制需要的飞行速度、升降速度和大气压力数据。空速管在使用中要受到气流干扰，空速管的长度越大，前端测压口与机体的距离越远，测量的静压就越接近大气真实静压。根据测量精度的要求，空速管的最佳安装位置是在与机身轴线相同的机头前方。大长度空速管的刚度要求较高。当现代战斗机开始在机头广泛装备机载雷达后，复合材料制造的天线罩刚度显然不如金属机体结构，容易因为基座弹性结构变形影响到空速管的测量效果。较长的空速管还会影响飞行员的前向视野。采用机头进气方式的歼-6/7的空速管安装在机头下，可以设置相当长的探杆，缺点是结构重量过大，对地面活动的影响也比较多。后期的歼-7将空速管缩短后移到机头侧面，歼-8Ⅱ和歼轰7则采用较短的机头锥空速管，引进的苏-27和歼-10也采用雷达罩前空速管，并利用安装位置优势缩短空速管长度。
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早期歼-7/米格-21的下置长空速管http://image.xcar.com.cn/attachments/a/day_170302/2017030223_93f096e3d5197b6a1fb2TTyzb93ssEnz.jpg
米格-23改成了较短的雷达罩空速管http://image.xcar.com.cn/attachments/a/day_170302/2017030223_820d0d2ac2d632723eaeURx2lmBCuw7v.jpg
▲L形静压管http://image.xcar.com.cn/attachments/a/day_170302/2017030223_d33389e1c4147e02a6ddv6mhipRZwooF.jpg
传统的空速管是物理测压的气动补偿空速管。按照不同速度下补偿曲线的范围，以及美军标准的规定精度，机头气动补偿空速管的长度应为机头直径的0.5-1，可见机头空速管的长度并不能随便选择。补偿空速管的设计相对比较简单，但位置和尺寸限制比较严格，这就促成了计算空速管的技术发展。补偿空速管靠气动补偿来保证测量精度，计算空速管则是在确定空速管的位置和尺寸后，通过风洞测试和试飞所取得的数据，测量出静压源误差与速度、攻角、侧滑角的关系曲线，通过大气数据计算机的程序以测量曲线为依据，对空速管测量的静压数据进行补偿和修正。计算补偿方式虽然不能消除静压测量值，却可以通过计算补偿方式将误差影响降到安全范围内。气动补偿空速管主要依靠测量元件保证精度，计算补偿空速管则需要大气数据计算机的支持。但计算补偿方式使空速管的安装位置更灵活，更利于飞机雷达电子和座舱目视的设计协调。国外战斗机在70年代开始采用机身静压管设计方式。通过利用大气数据计算机和计算空速管，取消机头雷达罩位置前伸的气动补偿空速管，在雷达罩后机头周边位置设置L形静压管，并用对称设置多支小型静压管的方式，保证在复杂飞行状态下对空速的测量精度。空速管直到现在仍然是飞机空速测量的重要手段，即使F-22A这样尽可能减少机体外表突出设备的机型，仍然要在机头两侧安装空速管。从航空技术现状看，短期内空速管的功能仍然不受影响，现代战斗机对空速管的选择，还是集中在装在什么地方和采用什么方式。http://image.xcar.com.cn/attachments/a/day_170302/2017030223_b804759ab944d5545d40HZUIEVW838kc.jpg
▲“枭龙”和歼-10B取消了传统空速管，在机鼻周围布置了4个L形静压管http://image.xcar.com.cn/attachments/a/day_170302/2017030223_77ec2a2ca154daebdcb0shV0cMeCdOoC.jpg
▲现代战斗机的原型机试飞阶段仍需要使用传统空速管气动补偿空速管直接测量自然静压，安装位置受限，尺寸较大却有较高的精度，远离机体的阶梯形管体还可与测角和测偏装置综合。计算空速管轻便，安装位置也灵活，却需要数据支持。所以，新飞机的原型机在飞气动数据的早期阶段，都安装精度高的常规气动补偿空速管。只有获得充足准确的气动数据和修正系数后，才可用于支持大气数据计算机的修正程序，计算补偿空速管才能取代气动补偿空速管。这就是ATF/JSF这样技术先进的样机开始试飞时都在头上顶个“避雷针”的原因。近年来国内网络上流传着一个观点，就是通过观察是否有机头空速管作为分辨飞机是否安装AESA雷达的依据，进而认为雷达罩没有前方空速管就是先进。空速管与其内部的测量元件和导线都是金属材料，当空速管设置在雷达天线罩前方时，金属结构必然会影响到雷达系统的正常工作。取消空速管能消除雷达前方的不透波结构，确实有利于改善雷达工作环境，但把空速管与有无AESA联系起来真是很牵强。雷达罩金属遮挡问题
机头空速管的优点是测量精度比机身空速管高，大气数据计算机的误差修正精度较容易保证。至于影响雷达工作的问题，无论是最早的圆锥扫描和单脉冲雷达，还是现在主力的平板缝隙PD雷达，再到最先进的AESA相控阵天线，机头空速管所产生的影响和问题都是一样的，对不同类型的雷达工作并没什么差异性的影响，自然也不存在AESA就不能有机头空速管的要求。用实际例子为依据。先不说在70年代的F-15就已经取消了雷达罩空速管，国内出口的JF-17也没有安装机头空速管，而这两个型号的机载雷达都是平板缝隙天线。日本F-2战斗机最早采用的就是AESA雷达，但仍然保持了与F-16相同的机头空速管。美国为F-16开发的两种改装用AESA雷达，改造中也并不要求取消原有的机头空速管。苏联/俄罗斯为米格-29、苏-27系列开发的相控阵雷达，虽然并不是采用AESA天线，但这些型号也保留了机头空速管。通过不同国家的例子，可以证明AESA与机头空速管并没有直接关系。http://image.xcar.com.cn/attachments/a/day_170302/2017030223_8eaccbd62bb0a63e1f3f9eZmwWAEjwMF.jpg
F-15由于没有机头空速管，所以雷达罩内部内干净，只有个一封堵螺帽空速管确实是雷达天线前方的不透波结构，但现代飞机雷达罩上并不仅有这个金属部件。飞机在飞行时会遇到各种气候条件，以金属为主要材料的飞行器等于是个高空避雷针。即使在飞行时适当选择航线和高度层，在恶劣气候下超音速飞行时雷击危险性也相当大。不导电的雷达罩如果没有放电措施，很容易在受到雷击时破坏结构和内部雷达系统。现代战斗机雷达罩表面大都安装防雷击分流条，区别只是安装位置和结构形式不同，目的是通过与机体连接的金属导体，将击中雷达罩位置的雷电导通到机体后释放掉，避免雷击对雷达造成破坏。常用的雷达罩防雷击分流条有金属箔条、金属带和纽扣式三种。http://image.xcar.com.cn/attachments/a/day_170302/2017030223_5de9fbde21dc38f0bcfcDdYlPxKlptqR.jpg
▲F-22雷达罩的雷击测试，电流顺着防雷条通到机体金属箔条重量轻、安装方式简单，空气动力性能出色。但金属箔条在遭到雷击时会迅速加温，截面小的箔条在高温中会融化蒸发，仅能作为一次性使用的防护措施。金属带的导电性能高，但截面尺寸较大，所产生的气动阻力和重量影响也大，而且整体金属带与复合材料雷达罩的热膨胀系数差异较大，使用中容易出现结构分离，影响结构完整性，并破坏抗雷击的导电和保护效果。纽扣式导电条则是金属条的适应性发展物。纽扣式导电条的尺寸和安装位置与金属条相似，结构上是大量很薄的小圆铝片连续安装在基带上。它能按照雷达罩的曲线固定在雷达罩外表，点式金属片与雷达罩的连接比较牢固，不易受材料热膨胀系数差异的影响。短间距的铝片重量比金属带要轻，也能获得相当于金属片的电导性能，是目前各型飞机是目前各型飞机雷达罩防雷设施的主要形式。按照技术要求，无论什么类型的防雷击分流条，顺气流方向安装的分流条的前端，必须超过雷达天线扫描包络面的前方。采用平板缝隙旋转天线的战斗机，防雷击分流条的长度大都在天线罩轴向2/3左右，因为机扫雷达的天线需要全向旋转，天线用支架安装在机头背板，分流条必须覆盖雷达天线旋转所要运动的范围。F-22A采用的AESA雷达虽然不需要旋转，但为保证雷达天线的雷击安全性，防雷击分流条整体横穿过折边位置的天线罩前端。http://image.xcar.com.cn/attachments/a/day_170302/2017030223_ba5eb25f71670b1a411egQ21kfVm5rWu.jpg
歼-10战斗机雷达罩上的防雷条清晰可见http://image.xcar.com.cn/attachments/a/day_170302/2017030223_e0d4e6e5012a0bfa0725mDvqv9hlUobz.jpg
这是印度LCA战斗机的雷达罩雷击测试无空速管雷达天线罩的优势
雷达波在扫描到天线罩上的金属结构时，金属反射的雷达波会严重干扰雷达工作，解决措施则是在雷达罩内层金属部件影响区，敷设雷达吸波材料以避免金属的信号反射。按照正常的雷达天线罩工艺方法，以雷达波长作为技术标准，采用泡沫结构的雷达吸波材料遮挡金属部件，使照射到金属部件位置的雷达波束被消耗掉，尽可能不被金属件反射回雷达天线。无论是机械扫描还是电扫描雷达，空速管和雷击分流条都处于雷达扫描范围内，金属部件的信号反射处理手段也大体相同，都是采用吸收消耗的方式削减雷达罩内反射信号。防雷击分流条的作用目前无可替代，无论采用什么雷达都不可能取消这个结构，技术措施也没什么特殊的。雷达罩空速管在几十年前就被机身静压管取代，近年来新设计生产的作战飞机，大都已不在雷达罩中心点安装空速管。
取消空速管的首个优点是降低了结构设计难度。金属空速管的基座是非金属的天线罩，飞行时空速管受到压力和弯矩影响时，刚性管体的应力会传到天线罩上，对基座的位置精度和受力不利，对高机动性战斗机的影响更明显。机头空速管对雷达罩尖端连接位置的材料强度要求很高，不利于根据雷达技术合理化设计雷达罩的结构。雷达罩的强度要求和结构重量都比较大，机头静压管维护还必须打开雷达罩进行，对生产工艺要求高，维护涉及范围也较大。机头空速管的测量精度确实很高，但为满足数据测量装置备份的要求，即使设置机头空速管的战斗机，往往也在机身位置安装有辅助功能的短L静压管。采用补偿式空速管时，空速管安装位置没什么选择余地。但在采用大气数据计算机修正的计算空速管后，将主数据空速管由机头位置移动到机身，等于增加了机身L静压管的测量精度要求，却没增加静压管的数量和管道系统，静压管的制造和维护保养都更简化。http://image.xcar.com.cn/attachments/a/day_170302/2017030223_4a3399f58d86de572829ulWapDEWVNnL.jpg
▲取消空速管后，能降低降低雷达罩的结构设计难度http://image.xcar.com.cn/attachments/a/day_170302/2017030223_9c8ce5aad36c843aaabdJHTro6w98rM7.jpg
雷达罩要通过人工或机械磨削方式修正超差来保持电性能的一致http://image.xcar.com.cn/attachments/a/day_170302/2017030223_f368aa95e2601e012bb4hdNANjc4TAfS.jpg
▲F-22、F-35的菱形雷达罩采用新工艺制造，已经没有的需要封堵的工艺孔取消机头空速管后的雷达罩结构设计更加自由，能按照雷达信号的有利特点确定雷达罩的层数、罩体厚度、铺叠方式和纤维方向，获得结构强度与重量和电性能平衡的有利结构。雷达罩虽然在设计时会考虑工艺问题，但在制造完成后必然会存在电性能的起伏。因为雷达罩玻璃钢材料缠绕后树脂固化的厚度无法保证高度一致，厚度差异对雷达波束一致性有影响。目前普遍采用测量制成件毛坯的电性能后，通过人工或机械磨削方式修正超差来保持电性能的一致性，以避免波束畸变。没有机头空速管就可以简化雷达罩的结构，使设计更合理，还能改善加工质量，简化后期参数调整工艺，增强雷达罩对雷达性能的支持。雷达罩采用绝缘非金属材料整体成型，无论是采用真空袋模压、常压袋模压、高压釜模压成型或树脂传递模塑法，都必须在固化前首先完成纤维缠绕这个基本工序。现有加工工序大都采用模具缠绕加丝工艺，雷达罩内模在两端支撑的支持下旋转运动加丝，在完成缠绕后必然会在两端留出工艺开口。雷达罩尾段大端面用来与机体前部框架连接，雷达罩尖端存在的工艺孔原本用来安装空速管，取消空速管的雷达罩则需要采用独立部件封堵。如果仔细分辨现有战斗机的雷达罩外形，可以发现无空速管的雷达罩前端尖点位置，大都有个颜色不同的小型尖锥形填充物。这个部件的存在是为了封堵绕丝模具的工艺孔，改善纤维缠绕的工艺性和降低技术难度，同时也是用整体成型锥体改善雷达罩的强度，部分封堵用材料甚至直接选择金属件以增强强度。这种工艺与空速管的遮挡效果接近，与雷达工作之间并没有无法解决的矛盾。F-15在70年代设计时就采用无空速管的雷达罩，这个时候并不存在可用于战斗机的AESA雷达，F-15当时也没有应用AESA雷达的规划，类似的例子还有EF-2000，可见雷达罩有没有空速管与AESA没有关系。现代雷达罩铺叠和成形技术发展很快，不再必须设置模具前端的工艺孔。但从已有雷达罩的工艺技术尤其是国外战斗机改装AESA雷达的样例看，取消雷达罩空速管就是为了改善雷达罩结构性能，而不是为了AESA专门采用的措施。总的讲，电扫和机扫天线的电性能要求并无大的差异，都是按传输效率、瞄准误差和方向图畸变确定参数。功率反射则需要考虑到雷达罩设计、材料和附件的诸多因素。无论采用什么类型雷达和天线罩材料，雷达系统对天线罩的颜色都没有什么要求，非金属外壳上金属部件虽然是越少越好，但也没到哪个位置不能有什么的严格程度。
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