TAS

定义

真空速指航空器在飞行时相对于周围未受扰动空气团运动的速度，缩写为TAS，符号常写作$V_T$。它与飞行员在空速表上直接读到的指示空速不同：指示空速反映的是气流作用于机身的气动力大小，而真空速描述的是航空器相对空气移动的快慢^[1]。

在标准海平面条件下，两者数值相同；一旦高度上升、大气密度下降，同一迎角下指示空速可以保持不变，真空速却随高度增大^[1]。按另一种表述，真空速是校准空速针对非标准气压与温度修正后的结果^[2]。

航空器上常同时给出指示空速、真空速、地速与马赫数等几种参数。地速是航空器相对地面的实际速度，无风时与真空速相等；马赫数则是真空速与该处声速之比，随温度变化^[3]。

原理

皮托-静压系统分别测得总压与静压，二者之差即动压，空速表根据动压与速度之间的函数关系指示空速^[4]。由于动压不仅取决于速度，还与空气密度有关，高空稀薄空气中的动压偏小，仪表读数因而低于真实速度^[5]。

从指示空速到真空速要逐级修正三类误差：修正仪表与安装位置误差得到校正空速，修正高速时的空气压缩性误差得到当量空速，再修正密度误差才得到真空速。常用的换算关系为$TAS = EAS \sqrt{\frac{a}{a_0}\cdot\frac{1}{\delta}}$，其中$a$为飞行高度处声速，$a_0$为海平面声速，$\delta$为压力比。

也可由马赫数与静温直接解算：在对流层内用静温与马赫数代入相应关系式求得真空速，平流层内使用另一种形式的公式^[6]。中国民用航空局发布的资料说明，现代航空器的大气数据计算机综合全压、静压、总温和迎角等信息计算出真空速并送至指示仪表^[4]。

真空速随高度的变化规律与爬升方式有关：在对流层内以等表速爬升时，真空速随高度持续增大；以等马赫数爬升时，真空速反而随高度减小^[1]。

发展历程

早期空速表按不可压缩流动原理工作，其读数在低速低空下足够使用；随着飞机速度与升限提高，把密度视为常数的假设带来的误差变得显著，仪表开始按考虑空气压缩性的公式设计与校准^[7]。

机械式真空速表在组合型空速表的基础上增加感受静压的真空膜盒以补偿密度误差，再增设与感温器相连的开口膜盒补偿气温偏差，但仍无法完全消除高空高速下压缩性修正量不一致带来的误差^[8]。

此后大气数据计算机逐步取代纯机械仪表，由计算机根据全静压、总温、迎角等输入自动解算并输出真空速^[4]。近年还出现与惯性导航系统组合的解算方法，利用真空速、地速与风速之间的矢量关系求取真空速，以缓解依赖温度传感器造成的滞后^[9]。

应用

领航计算以真空速为基本输入。航行速度三角形由空速、风速、地速三个速度矢量以及磁航向、风向、磁航迹、偏流、风角五个角度构成，用于计算侧风、应飞航向与预计到达时刻^[4]。传统领航作业中，飞行员借领航计算尺或心算在表速、当量空速与真速之间换算，得到应保持的速度^[8]。

飞行性能与燃油管理同样依赖真空速。飞机的性能图表通常以真空速给出给定高度和功率下的速度，飞行计划中的航程时间、燃油消耗与到达时刻均由此推算^[2]。在仪表飞行规则下，巡航高度上的平均真空速与飞行计划所报数值相差5%或10节(取较大者)时，需要向空中交通管制报告^[2]。

在飞行数据领域，真空速被用作事件检测的输入参数之一。有专利文献以表速、真空速、攻角、俯仰角等8个飞行参数计算飞行数据中的相关指标，其中记录在快速存取记录器数据中的真空速由马赫数与静温算出^[6]。无人机的速度控制也使用真空速：依据目标地速与当地风速风向换算目标真空速，再结合飞行包线中的最小与最大真空速决定调节姿态或改变高度^[10]。

局限

真空速无法由单一仪表直接读出。皮托管只能感受总压与静压之差，要得到真空速必须引入当地空气密度或静温，而这些参数在飞行中不易准确测得，气流受机体扰动也使静温测量存在偏差^[11]。

以传感器实测温度为输入的方案存在滞后：温度测量时间常数较大，导致解算出的真空速响应偏慢，因此需要采用误差补偿或与其他导航源组合的方式提高精度^[9]。

在超音速条件下，气流经过正激波会产生总压损失，指示仪表测得的并非来流总压，解算须改用考虑激波的公式^[7]。此外，气动性能与失速、起降速度等限制通常以指示空速或校正空速给出，不随密度高度变化，因此真空速并不适合直接用作操纵与限制的判据^[12]。

参见

• 指示空速 —— 空速表直接显示的读数，是解算真空速的起点。

• 当量空速 —— 对校正空速作空气压缩性修正后得到的速度。

• 地速 —— 航空器相对地面的速度，等于真空速与风速的矢量和。

• 马赫数 —— 真空速与当地声速之比。

• 大气数据计算机 —— 根据全静压、总温等输入解算真空速的机载设备。

• 皮托管 —— 测量总压与静压、为计算空速提供原始数据的装置。