鼻子尖不仅为了刺穿空气

子宁

1969年初，波音747的试飞项目由5架飞机执行，每架都有不同的试飞任务。这架鼻子又长又尖的是5架飞机中的第三架，但更被世人所熟知的是它的另一个名字——快船风暴王（Clipper Storm King）。试飞团队为它安装了尖鼻梁，除了进行机鼻载荷测试外，一个更重要的目的是，通过安装在鼻尖和鼻锥内部的传感器，为飞机在飞行中测量阵风数据，完善这款当时全世界最大飞机所需的实际飞行数据。英语对这个试验件的叫法是“AIR DATA BOOM”，翻译过来就是大气数据吊杆，用于获取大气数据并校准机载大气数据计算机和相关传感器。

今天我们说的大气数据吊杆（下简称“大气吊杆”），和空速管还真的很像，如果不注意很容易搞错。的确，大气吊杆具有测量飞机空速的功能，但它的本领远不止此，而且，大气吊杆基本上只出现在各型飞机的试飞型号中，在量产型号中并不会出现。进行试飞的飞行器通过吊杆可以获得包括大气压力、温度、气体流速、攻角等在内的多种数据，并将这些数据通过大气数据计算机进行迭代运算，最终转化为直观的飞行数据，如空速、高度等。特别是在试飞期间的飞机，虽然进行过风洞试验等多项地面和数字模拟，但在真实试飞中，大气数据吊杆获得的数据被作为主要飞行参数，或作为与主要飞行仪表进行比较的“测量标准”，才能保障飞行安全与科研进展。

为获得精准的数据，大气数据吊杆的安装位置十分讲究。为测量相对不受干扰的大气，通常情况下，吊杆会安装在机鼻处，并向前伸出。就像那架波音747飞机，它的吊杆长度约5米，最大直径超过2米，没错，大飞机配大鼻尖，因为把吊杆设计成这个形状的另一个目的是整流，最大限度保证飞机气动外形的流畅。

不仅是波音747，世界第二大运输机C-5“银河”，在1968年6月30日的首飞时，鼻头也有一只长度超过6米的大气吊杆。2006年，经过数字化改装的C-5M首飞时，也安装有一只橙色的吊杆。民用客机方面，俄罗斯苏霍伊SSJ-100试飞阶段也安装了吊杆，中国第一代大型民用客机运10也是如此，1991年由浙江教育出版社出版的经典的《中国少年儿童百科全书》（科学技术）一书的彩页中就有一张带大气吊杆的运10照片，那可能也成为了很多80后出生的人对国产大飞机的第一印象。

那么，大气数据吊杆具体测量哪些数据呢？一般情况下测量的数据包括飞机迎角（AOA）、侧滑角（AOS）、大气静压（Ps）、总压（Pt）、室外空气温度（OAT）和总温（TAT）等。其中，总温是指假设流体以绝热过程完全静止时，将动能全部转化成内能时的温度，它反映在流体的压力、温度和密度上，通过皮托管进行测量，并通过大气数据计算机参与对发动机状态的控制。由于直接作用在机体上的空气压力的绝热压缩效果，皮托管测量的总溫要比静压温度或真实外部温度高，例如当飞机巡航速度为0.8马赫时，总温比静压温度高约30摄氏度，这30度的温度富裕降低了对燃油冰点条件的限制。

除了测量基本参数外，根据任务不同，大气数据吊杆还可以安装特定的传感器，测量湿度、结冰、加速度等。

不同的机型，大气吊杆安装的位置也有区别，如机翼尖，垂直尾翼顶端等，但相同点是这些位置的来流空气不受干扰。

对大气数据吊杆获得的参数进行分析处理的神经中枢叫做大气数据计算机，它是现代玻璃化驾驶舱中一个必不可少的航空电子组件，因为现代飞机上的控制系统越来越多，对于大气压力、密度、温度，飞行高度、速度以及高度变化率等信息，不但飞行员要用，而且相关的控制系统也要用。尽管这些信息的形式繁多，但它们都是以大气压力和温度作为原始数据推算出来的，这就是大气数据计算机的工作，计算机最后再把各个系统所需数据按照相应的格式分发下去。

在空中客车制造的飞机上，大气数据计算机与海拔、航向和导航源结合在一起，称为大气数据惯性基准单元（ADIRU）。不过，它现在已被“全球导航大气数据惯性基准系统”（GNADIRS）取代。GNADIRS在大气数据的基础上，配合惯性基准（位置和姿态）信息，为飞机提供了更全面的飞行数据。惯性基准参考系统中的传感器包括激光陀螺仪、加速度计和GPS等多种传感器。

那么，当一款飞机完成相关试飞后，大气数据吊杆就得拆除，此后飞机就得通过自己的“原装”传感器获得大气数据了。以空客A350为例，这款飞机不仅拥有识别度极高的“黑眼眶”，鼻子一圈儿的“小胡须”也很亮眼，这些“小胡须”就是包括空速管在内的各种大气数据传感器。

传统战斗机上，空速管等机械传感器安装在雷达罩前端，但在世界上最先进的隐身战斗机歼20身上，就看不到这些凸起的机械设备。歼20采用了更先进的嵌入式大气数据传感（FADS）系统，通过压力传感器阵列测量飞机表面压力分布，并由此压力分布间接获得飞行参数，这更利于系统集成与小型化。嵌入设计的传感器不但不会影响气动外形与隐身效果，还有利于战斗机在大马赫数和大迎角飞行状态下精确测量数据。与传统技术相比，FADS系统具有更高的精度、可靠性和适用范围。在歼20身上见到这些设备，也说明我国在相关基础科研领域取得了扎实的成绩。

当然，随着FADS以及其他相关技术的发展，我们已经很少能见到新的大型飞机在试飞中使用大型大气数据吊杆了，但你可以留意，一些小飞机试飞时偶尔还会使用小型吊杆，不过根据身材，把它们叫做“大气数据探针”更加合适。

责任编辑：陈肖