本科生科研指南（30）：空速管的演化
张宇宁
华北电力大学（北京）
在航空领域，皮托管因主要用于测量飞机的速度，一般被称为空速管。对于空速管，其实大家并不陌生，很多战斗机前面非常突出的类似于针状的结构便是空速管。空速管的形式和布置受到飞机整体设计中众多因素的影响，包括飞机的气动布局、机载雷达布置、隐身性能、结构强度等等。本文主要介绍战斗机和民航客机的空速管及其演化。
图一展示了我军列装的歼6战斗机及其空速管，在该飞机头部非常长的一个针状的部件便是空速管。一般而言，将空速管布置在战斗机的最前端是因为此处的速度测量受气流扰动较小，测速较为容易进行，测量结果也最为准确。在战斗机的其他部位，测速因受到周围气流扰动、战斗机运行姿态等因素的严重影响，测得的速度值存在较大的波动，不易测准。图一中看到歼6战斗机前端的空速管非常长，这主要是为了避免战斗机周围大气流动中的扰动对测速的干扰，从而提升战斗机速度测量的精度。因为该型号战斗机采用的是机头进气的方式，空速管便布置在了机头的下方部位。另外，当歼6战斗机停靠在机场时，该空速管可以折起来以方便停靠并节省地面的空间，提高机场的有效可用面积。因为歼6的空速管较长，因此需要很高的结构强度以满足高速飞行的需要，这对于飞机的重量也会造成一定的影响。同时代的其他战斗机（例如米格19-S，见图二）也有很多采用类似的空速管布置方式。值得一提的是，因为在设计过程中的一些变动，歼6战斗机早期型号的空速管并不是在头部，而是在右侧机翼的尖部（见图三）。对于歼6感兴趣的同学，可以前往北京昌平区小汤山镇的中国航空博物馆参观，那里展示了若干架已退役的歼-6战斗机。
图二 东德的米格19-S
图片来源：http://www.afwing.info/aircraft/j-6-history.html
图三 歼6早期型号的空速管位于右侧翼尖部位置
http://www.afwing.info/aircraft/j-6-history_3.html
后续，我国战斗机的空速管经历过多次的迭代和变换。1984年，成功完成首飞的歼8II战斗机采用了机头锥空速管的形式（见图四）。该飞机采用两侧进气的布局，是当时较为先进的机型。2001年4月1日，在海南岛专属经济区上空发生的我国与美国军机空中相撞的事故中，海军航空兵便派出了2架歼-8II战斗机执行对美国军机的监视和拦截任务，其中一架在与美机发生碰撞后坠毁，飞行员王伟牺牲。我国当前的主力机型歼10的多个衍生型号的空速管均采用了机头锥部的形式（见图五）。该飞机属于第四代战斗机，单个引擎驱动，具备全天候、多功能的作战能力。
图四 歼-8II型战斗机
民航客机一般均会配备一个或者多个空速管以保证飞机运行过程中测速的准确性。图六展示了欧洲空中客车公司生产的A330客机头部的多组空速管及其他各种类型的传感器。与战斗机较长的前置空速管相比，民航飞机的空速管显得更为小巧。图七展示了空客A330飞机空速管的放大图。这是因为战斗机飞行速度更快，其所受到的气流扰动更大，因此战斗机的空速管需要设计得较长以便可以减少气流扰动的影响提升测速的精度。
图六 空客A330客机头部的空速管及其他各种各样的传感器
图七 空客A330的空速管放大图
从空速管的演化中，本科生可以体会以下几点。
1. 系统工程。空速管作为飞机的重要组成部分，其型号、布置方式、材料等等均要服从飞机的整体定位及设计要求。因此，我们看到不同的战斗机因为作战定位不同，其装备的空速管也存在着显著的差异。值得一提的是，除了以上讲的空速管相关内容之外，隐身性能实际上对空速管的布置也提出了更高的要求。
2. 以小见大。虽然空速管看起来是飞机上一根毫不起眼的 “针”，但实际上其中也同样蕴含着丰富的科学道理和故事。尤其值得一提的是，因为空速管的问题导致的航空灾难或者航空事故已经有多起，造成了严重的后果，值得高度重视！因此，在本科学习阶段，同学们应秉持求真务实的精神将所学到的各类知识掌握扎实，以便后续能够活学活用。
3. 贵在坚持。做人做事难得的是将好的品质和习惯能够长期坚持，做科学研究亦是如此。具体而言，很多知名学者均是围绕自己感兴趣的领域坚持了几十年甚至一生，一直保持着对未知世界强烈的好奇心，并孜孜不倦地努力探索和工作。随着航空领域对于测速精度和安全性能要求的提升，空速管的演化和不断革新正是展示了科学家和工程师在此领域长期不懈的努力和探索。
