飞机如何知道自己的速度?靠GPS行吗?

先看个图，这个飞机机头上的长管子是个啥？

给四个选项：

1. 避雷针，防止飞机被雷劈。
2. 天线，飞行员打电话听广播用。
3. 刺刀，子弹打完了开着飞机拼刺刀。
4. 公飞机。

四个答案哪个对？其实都不对。这个管子，其实是用来测飞机速度的，非常重要。

你随便抓个飞机，它基本上都会有这种管子，有的长，有的短，而且普遍还都不止一根。下面咱就讲讲这玩意到底是怎么测飞机速度的，什么原理。

如果让你测飞机速度，你会怎么测？你低头看看你的法拉利，没有法拉利看看自行车也行，它的测速方法你肯定熟悉。可以在轮子上装个感应器，来感应轮子转一圈用了多长时间，轮子周长除以这个时间，就知道速度了，通俗易懂。

那飞机能这么干吗？尴尬了吧，飞机在天上它轮子不转圈啊！收起来了。

你说净搞这些没用的，现在都21世纪了，能不能整点高科技的东西？GPS测速，或者北斗，不好使吗？哎呀说得非常对。GPS确实可以测量飞机的速度，但是，这个速度仅仅是飞机相对地面的速度。

先科普两个概念，一个是“地速”，一个是“空速”。很简单，飞机相对地面的速度，是地速。而飞机相对于空气的速度，就是空速。对于飞机，空速比地速重要多了。

咱们知道，飞机的机翼要想产生升力，把飞机托起来，必须要和空气产生相对运动。要么是飞机动，要么是空气动，两边都不动，那是不可能有结果的。之所以说空速比地速更重要，是因为它对飞机的安全影响更大。

如果空速不够，即使地速再大，飞机还是会掉下去。比如发动机推着飞机，相对地面以每小时300公里的速度往前跑，但是巧了，顺风，风速是每小时250公里。这种情况下，你把飞机累死，它也飞不起来。

再比如，飞机就在地上停着不动，时速300公里的大风对着飞机吹过来。理论上说，飞机也能起飞，尽管它的地速只有0。其实现在的风洞不就是这样嘛，飞机固定在架子上不动，然后用风吹飞机，来测量升力。

所以以后谈到飞机速度，一定要分清它指的是空速还是地速。当然，如果一点风都没有，那空速和地速是相等的。

刚才说了，飞机的地速，用GPS就能测出来。那更重要的空速咋测呢？这就要用到咱开头说的飞机机头顶的长管子了。这个管子，学名就叫“空速管”，也叫“皮托管”。因为它是18世纪，法国工程师亨利·皮托发明的，200年了。

当时发明这个东西，是为了测量法国的一条河，塞纳河的水流速度。水和空气，都是流体，性质很接近，无非也就是水相比空气“稠”一点。

那皮托管测空速是什么原理呢？其实很简单，你小学可能都听过，就是一句话：流速大，压强小。这句话够精辟，但不够直观。要想直观，还得上咱们人类文明的结晶，你们最喜欢的公式。

从现在开始，有点困的读者就可以先去睡觉了。

再说俩概念，空气的总压Pt和静压Ps。总压是运动的空气，等熵减速到静止时的压力，等于静压和动压的和。而动压，就是上面式子括号里那一项，因为空气流动才产生的。

你可别问“等熵”和“熵”是啥意思，超纲了，这话题是个无底洞。你就只需要知道，只要能测出来空气的总压和静压，就能算出来它的速度。

咋测呢？可以拿两个管子，一个管子口正对着空气，让空气直接冲进去，管子另一头的压力，就是总压。再拿一根管子，管子口和空气流动方向垂直，也就是别让空气冲进去，那这个管子另一头的压力就是静压。

总压减去静压，再掐指一算，就能知道空气流动速度。

咱把飞机的皮托管，咔一刀劈两半。可以看出来里面其实就是两个空心管道，一个管道的口正对空气 ，测总压；另一个和空气流动方向垂直，测静压。不得不感叹，皮托儿就是聪明啊，发明的东西结构简单，但是解决大问题。

在这有必要插一嘴，200年前亨利皮托发明的管子，其实和现在的皮托管还不一样。当时他那个管子，只能测总压，不像现在，一根管子把总压静压全测了。

讲到这，不知道还有多少人在看，评论区刷个“祝马卡耶夫早日双休”，让我看到你们。

虽然皮托管原理简单皮实耐操，但是毕竟在机身外面露着。猛男也有脆弱的一面，万一有虫子进去，或者结冰了，或者被哪个机务开车玩手机碰坏了，都有可能。

应对这些问题，也没啥好办法，只能多注意点。飞机不飞了给皮托管盖上盖子，虫子别爬进去了，起飞之前好好检查检查，别堵着了。

在天上为了防止皮托管结冰，给它加上电加热功能。

在地上为了防止皮托管被碰到，可以搞成可折叠的。你看歼6飞机的空速管，就可以往上折起来的，看着还挺酷的。

现在飞机的空速管都做的比以前短多了，很多都做成L形，也不是都在机头，很多是在机身，几乎看不到，这就安全多了。

但是，如果做这么多还不放心，或者说还不能满足飞机的安全性要求，那就只能拿出飞机的终极无敌大绝招了——冗余设计。一个你不是怕坏怕堵吗？我直接给你装俩，要还不放心就装三个，比如A320就装了三个。

这个200年前的发明，原理虽然简单，但是一直到现在，无论是百十来万的小飞机，还是上亿的大飞机，都离不开它，毕竟哪个飞机都需要知道自己的速度。开车的时候你敢把仪表盘挡起来？吓死你。

但是，你要是感觉皮托管这个东西太low，倒也是有高级一点的，比如多普勒测速仪。利用超声波或者激光的多普勒效应，可以用来测空气速度。但是这个东西我还没听说哪个飞机装了。毕竟相比皮托管，它太复杂了，不光贵，还容易坏。除了装B，实际用处并不是很大。

另外，还有一种更高级更复杂的，叫嵌入式大气数据传感系统。

这个东西是有实际需求的，最典型的就是飞机隐身和高超音速飞机。你看那空速管，无论长短，都会在机身上很明显地伸出来，这种凸起，和飞机隐身以及超音速是矛盾的。

你想想，你负责机身设计的同事，绞尽脑汁加班熬夜半年，头也秃了，脖子也颈椎病了，想方设法减少飞机的雷达反射面积，增加隐身效果。你倒好，空速管一装，同事半年白干，能不给你拼命吗？

对于高超音速飞机，肯定设计得越滑溜越好，阻力小，发热也小。很显然这皮托管凸起来，也是矛盾的。嵌入式大气数据传感系统就好多了，它只是在机身上开一些孔，采集不同地方的压力，然后经过模型计算，得到飞机的空速、迎角这些数据。原理要复杂很多，对传感器的精度以及计算模型的准确度要求也高很多。

最后讲讲和皮托管有关的空难。最著名的，法航447号航班。

2009年，一架A330客机，拉着228个人，从巴西飞法国。飞行员一共三个，一主两副。其中一个副驾驶，叫罗伯特，另一个，就是大名鼎鼎的博南。可能很多人都听过一个词，叫“博南拉杆”，下面我就给大家讲讲，在这个空难中，博南是怎么出名的。

这个A330飞机飞到大西洋中部的雷达盲区后，失踪了。两年后，在大洋里面找到飞机的黑匣子，才知道空难的原因。

飞机在天上，皮托管被冻住了。飞机的飞行控制系统也检测到这一点了，然后解除了自动驾驶模式。因为在正常情况下，飞机在巡航阶段都是自动驾驶的，不需要飞行员有过多干预。自动模式一解除，就需要手动驾驶了。

但是，这时巧了，飞机的58岁的非常有经验的机长，去休息了，飞机由两个副机长控制。两个人，经验都不足，尤其是这个博南。也不知道咋回事，他开始猛拉驾驶杆。一拉杆，飞机就会抬头，机翼攻角就会增大，然后飞机就往上爬升。但是攻角太大会出现很危险的后果，就是失速。

当时飞机已经在失速告警了，空速一直在降低，飞机也已经开始往下掉了。但是博南边拉杆边好奇，说这飞机在告警啥呢？另一个副机长罗伯特反应过来了，就开始推驾驶杆，想让飞机改出失速，但是他的推杆和博南的拉杆抵消了。这期间罗伯特还提醒过博南，说你别拉了！快松手！然后博南嘴上说着OK，OK，但是手并没有动。

黑匣子还记录了博南最后说的话：“我已经一直在拉机头，不过一点反应都没有”。那能有反应吗？都失速了，机头拉的越高，它失速越严重啊！后来机长回来，想挽救飞机，但是来不及了，飞机离大海只有4000英尺了，1200米，这个高度，根本来不及。后来，机上二百多人，被副机长博南拉到了大西洋洋底，也留下了“博南拉杆”的江湖传说。

这个空难，虽然有空速管结冰的因素，但是最终导致坠机的还是飞行员操作失误。这也和绝大部分空难一样，主要原因都是人为操作失误，很少有纯机械故障导致摔飞机的。另外，飞机的空速管结冰，也并不是什么大问题，它有自动加热的，结冰很快就化了。

最后，有必要插一嘴。并不是所有飞机往前伸出的管子都是空速管，比如这米格-9，伸出三根管子，可不是三个空速管啊。这三个是人家的武器，三门航炮，不能乱摸，很危险的。

这文章有点长，而且内容有点无聊，枯燥。能坚持看到最后的人估计不多，要是真能看到这，评论区来个“祝马卡耶夫早日双休”，这句话也满满都是爱啊！