【干货解析】DO-160深度解析：Section4-5所有航空设备必过的“冰与火之歌”

当飞机在万米高空遭遇-65℃极寒与客舱失压的双重考验，机载设备如何存活？答案就藏在DO-160G的温压试验中。

✈️ 前言

在民用航空产品的适航取证过程中，RTCA DO-160G 是最常用的环境条件与测试程序标准。
其中，第4章（温度-高度）与第5章（温度变化） 是最基础也最关键的两类试验，直接关系到设备能否在极端飞行环境中可靠运行。本文将系统解析这两部分的 目的、适用范围、术语定义、测试条件、分类选择、试验步骤、判定标准与注意事项，帮助工程师更好地理解与应用。

一、温度、高度、加压、减压之间的对应关系

在民航领域，高度、气压和温度之间的关系是核心的飞行原理，理解它们对飞行安全至关重要，也是后续试验解析的理论基础。

1. 高度与温度的关系（在标准大气模型中）

• 核心概念： 在对流层（民航主要活动范围），随着高度的增加，温度通常会下降。
• 标准大气模型： 为了提供一个统一的参考基准，国际民航组织（ICAO）定义了国际标准大气：
  • 海平面标准气压：1013.25 百帕斯卡（hPa）或 29.92 英寸汞柱（inHg）。
  • 海平面标准温度：+15°C。
  • 温度递减率：从海平面到对流层顶（约11,000米/36,000英尺），温度以大约 -6.5°C/1000米 或 -1.98°C/1000英尺 的速率下降。
• 为什么有这个关系？ 空气受热膨胀上升，上升过程中体积膨胀对外做功，导致其内能减少（温度降低）。这就是基本的绝热冷却原理。
• 对飞行的影响：
  • 性能： 温度直接影响空气密度。温度越高（或高度越高），空气密度越小。密度小的空气产生的升力小，发动机效率也低（推力/马力下降）。所以，在高温或高海拔机场起飞，飞机的载重能力或爬升性能会显著下降。
  • 高度表误差： 这是最关键的一点！高度表本质上是气压表。它是根据标准大气模型（标准气压和标准温度递减率）将测量的气压值换算成高度值的。

2. 为什么有时候说高度，有时候又对应一个气压？

• 高度表的本质： 飞机上的高度表本质上是一个精密的气压计。它测量的是飞机外部的大气静压。
• 气压到高度的转换： 高度表内部有一套基于国际标准大气模型的换算规则。它假设：
  1. 海平面气压是1013.25 hPa。
  2. 温度按-6.5°C/1000米递减。
• 为什么需要知道气压？
  • 设定基准： 高度表本身并不知道真实的海平面气压是多少。飞行员必须根据管制员提供或机场气象部门发布的修正海平面气压来设定高度表基准（称为“拨正”或设置“QNH”）。例如，如果实际海平面气压是1020 hPa，但高度表默认是按1013.25 hPa设定的，那么高度表在机场地面显示的高度就不是0英尺，而是一个负值（低于海平面）。设定QNH后，高度表在机场地面才会显示正确的机场标高（海拔高度）。
  • 统一参考（巡航）： 在巡航阶段（通常在过渡高度层以上），所有飞机将高度表基准设定为标准气压1013.25 hPa（称为设置“QNE”）。这时高度表显示的不再是真实海拔高度，而是标准气压高度或飞行高度层。这样做的目的是让所有飞机使用同一个气压基准，确保它们之间的垂直间隔是准确的，即使下方海平面的实际气压在变化（如飞过高压区或低压区）。此时管制员指挥的“高度”就是指这个飞行高度层。
  • 进近着陆： 在进近和着陆阶段，飞行员必须将高度表设定为目的地机场的QNH，以确保高度表显示的是相对于平均海平面的真实高度，这对安全接近地面和跑道至关重要。

3. 气压是绝对压强吗？

• 是的！ 飞机高度表测量的大气静压就是绝对压强。
• 解释： 绝对压强是指相对于完全真空（零压强） 的压强值。大气压本身就是绝对压强。高度表、飞机的空速管（皮托管）测量的都是大气绝对静压（空速管还测量总压）。
• 区分： 在工程上有时会用到“表压”，它是相对于当地大气压的压强值（例如轮胎压力表显示的就是胎内绝对压减去大气压的差值）。但在气象学和航空高度测量中，讨论的都是绝对压强。

4. 高度是绝对高度吗？

• 不完全是，取决于设定。 高度表显示的“高度”含义会随着其基准设定而改变：
  • 当设定为修正海压时： 高度表显示的是海拔高度。这个高度是相对于平均海平面的垂直距离，可以认为是一种“绝对高度”（地理高度）。这是飞机在起飞、进近、着陆和低空飞行时最关心的真实高度。
  • 当设定为标准气压时： 高度表显示的是标准气压高度或飞行高度层。这个高度是相对于标准海平面气压（1013.25 hPa）等压面的垂直距离。它不是真实的海拔高度。在巡