22 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как работает высотомер самолета

Альтиметр

Альтиметр, или как его принято называть – высотомер, является пилотажно-навигационным прибором для измерения высоты полета. Все высотомеры подразделяются на два основных типа по своему строению, а именно на радиотехнические и барометрические приборы.

В старину в качестве высотомера использовали элементарные угломерные приборы, которые позволяли определять высоту по космическим телам, таким как звезды или планеты.

Барометрический альтиметр

С помощью данного прибора возможно определение относительной высоты полета. Это устройство работает за счет измерения давления в атмосфере. Всем известно, что с поднятием на высоту атмосферное давление уменьшается. Именно за счет данного принципа и работает высотомер. В действительности он измеряет не высоту, а давление атмосферного воздуха, на основе которого определяется высота.

Конструктивно альтиметр представляет собой запаянную коробку, которая имеет мембрану. С изменением давления мембрана меняет свое положение. К ней между мембраной и стрелкой прибора существует соединение. В силу этого малейшие изменения мембраны отображаются стрелкой на проградуированной шкале.

Такие высотомеры установлены на летательных аппаратах с небольшой максимальной высотой полета. Прибор имеет сходство с часами, поскольку он имеет круглую форму и две стрелки. Основным отличием является то, что табло разделено на 10 секторов. Одна из стрелок, перемещаясь на одно деление, отмечает высоту в 100 метров, а вторая, меньшая, отмечает изменение высоты на 1 километр.

Более современные барометрические высотомеры позволяют измерять высоту до 20 километров над уровнем моря. Нужно отметить, что эта конструкция неофициально считается стандартом в авиастроении. Также существуют альтиметры с одной стрелкой, полный оборот на 360 градусов отвечает одному километру высоты.

Нужно отметить, что иногда необходима ручная настройка высотомера с учетом наземного давления на аэродромах, тем более когда они расположены в горных районах. Из-за неправильной настройки высотомера случилось много катастроф, риск увеличивается при нулевой видимости.

В странах СНГ принято устанавливать давление на приборе такое же, как и давление аэродрома, на который проводится посадка, это можно считать точкой отсчета. Западные страны в качестве точки отсчета высоты используют давление на уровне моря.

Еще одной точкой отсчета высоты является так называемая линия эшелона. Эшелон – это стандартное давление в 760 мм рт. ст., которое наступает на высоте. Это условная линия высоты с постоянным давлением. Данная условная линия отсчета высоты является стандартом для авиации всего мира. Нужно отметить, что посадка всех летательных аппаратов запрещена без уточнения атмосферного давления над аэродромом. Требования ИКАО гласят об обязательном наличии на борту диспетчерского альтиметра, который кроме показа высоты сигнализирует самолетному ответчику, все это позволяет авиадиспетчерам определить реальную высоту полета судна.

Существуют небольшие высотометры, которые используют десантники и парашютисты для прыжков. Данный прибор имеет небольшую массу и размер, корпус изготовлен из ударопрочного материала. Такие системы устанавливаются на парашютах. На данный момент используют и электронные приборы, которые сигнализируют о прохождении заданных высот.

Радиотехнический альтиметр

Высотометр радиотехнического типа позволяет отображать высоту полета за счет посыла электронной волны в направлении земли, после чего она отбивается и принимается прибором на борту самолета. Анализируется время возвращения сигнала, определяется высота самолета над поверхностью земли. Основным отличием от барометрического высотомера является то, что определяется реальная высота, а не относительная. Кроме того, это устройство отображает высоту с большей степенью точности.

Все же на практике прибор эффективен на небольших высотах, поскольку для большой высоты необходим мощный излучатель сигналов и соответствующее оборудование для фильтрации и устранения помех.

Система состоит из передатчика типа СВЧ и антенны, которая расположена на нижней части фюзеляжа самолета. Также имеются отражатели и приемники сигналов, система обработки и отображения на приборной доске в кабине пилотов. Радиотехнические альтиметры делятся на два типа. Первые работают на высотах до 1,5 километра в непрерывном режиме. Вторые работают в диапазоне от 1,5 и до 30 километров, но они функционируют в импульсном режиме. Все высотомеры имеют сигнальные системы малой высоты полета, которые звуком и светом сообщают о понижении высоты от предварительно заданной.

Недостатком данного прибора является то, что луч от передатчика направлен четко вниз. За счет этого эффективным радиотехнический альтиметр можно считать только на равнинной местности и совершенно бесполезным в горных районах. Кроме того, при большом крене машины прибор показывает завышенные показатели, что не отвечает действительности. Говоря о безопасности, необходимо отметить, что такие приборы подают мощные коротковолновые импульсы, которые наносят урон биосфере.

GPS-высотомер

В авиации высоту можно вымерять с помощью современных GPS-приемников. Этот прибор работает за счет посыла сигналов на несколько спутников, которые находятся на постоянных орбитах движения. Математические вычисления прибора позволяют точно определить координаты летательного аппарата и его высоту. Высота измеряется относительно модели земли типа WGS84. Нужно отметить, что прибор GPS работает со спутниками. Так с помощью связи с двумя спутниками можно установить точные координаты. Чтобы определить высоту полета, необходима связь с тремя спутниками. Работа высотомера GPS имеет значительно больше преимуществ, нежели барометрические и радиотехнические приборы, поскольку определение высоты не зависит от показателей давления, пересеченной местности и крена летательного аппарата.

Все же некоторые недостатки существуют и в таких приборах. При использовании на скоростных истребителях очень быстрое снижение не позволяет приборам отображать реальные показатели. В подобной ситуации вычислительному прибору необходимо время на отправление и получение сигнала от спутника, подобные задержки могут достигать одной секунды. Более новые модели GPS-альтиметров имеют возможность учитывать скорость снижения, что делает их более точными.

Для небольших высот более точными и надежными являются все же барометрические и радиотехнические высотомеры, поскольку на них не влияет отражение сигналов от поверхности и помех от наземных электрических систем.

Бытовые GPS-системы, которые используются в автомобилях или мобильных телефонах, могут иметь отклонение от точности на 10 метров, этого достаточно для эффективного ориентирования на местности. Военные и спецслужбы США используют закрытый и более точный канал GPS под названием L1, который позволяет измерять точность высоты до нескольких сантиметров.

Гамма-лучевой альтиметр

Принцип работы данного прибора основан на излучении изотопов 137 Сs или 60 Со, которые посылаются на поверхность и отбиваются обратно. Подобный прибор используется на небольших высотах в несколько десятков метров. Основным преимуществом является стабильность лучей, на которые практически не влияют помехи. Такой высотомер был установлен на космическом корабле «Союз» и обозначался как изделие «Кактус». Система была установлена на днище корабля и имела соответствующее маркирование радиационной опасности.

В итоге нужно отметить, что высота полета очень важна, поскольку точное ее определение позволяет обеспечить безопасность полетов. В силу этого подход к определению высоты должен быть комплексным и летательные аппараты должны иметь сразу несколько высотомеров разной конструкции. Только таким образом можно достичь точности вычисления. Экипаж самолетов проходит глубокую подготовку по работе с приборами, что позволяет анализировать все показания системы. Отказ одного из приборов высоты во время полета приравнивается к летному происшествию.

Виды высот полета

Высотой полета называют измеренное по вертикали расстояние между ВС и некоторой поверхностью, принятой за начало отсчета.

При полетах самолетов различают четыре основных вида высот (рис.9.4):

абсолютная высота абс.) – высота полета относительно уровня моря (pо = 760 мм.рт.ст.);

относительная высота отн.) – высота полета относительно места взлета или посадки;

истинная высота (Н) – высота полета относительно места, над которым находится самолет в данный момент времени;

барометрическая высота бар.) высота полета относительно места с заданным атмосферным давлением.

Знание абсолютной высоты необходимо при эшелонировании, испытательных полетах ВС и авиационных двигателей, относительная высота должна быть известна при взлете и посадке, а истинная высота – во всех случаях полета.

ИУ, предназначенные для измерения высоты полета самолета над земной поверхностью, называются высотомерами.

Рис. 9.4. Виды высот полета

На больших ВС применяют комплексы высотно-скоростных параметров, которые предназначены для обслуживания нескольких бортовых систем – автопилотов, навигационных систем и комплексов, дистанционных указателей и т.д. В таких комплексах, обычно, конструктивно объединяют датчики высоты полета с датчиками скорости и числа М.

Методы измерения высоты полета

Известны следующие методы измерения высоты полета: барометрический, радиотехнический, инерциальный, ионизационный и т.д.

Барометрический метод основан на зависимости между абсолютным давлением в атмосфере и высотой. В этом методе измерение высоты сводится к измерению абсолютного давления с помощью барометра.

Радиотехнический метод определения высоты основан на измерении промежутка времени прохождения радиосигналом пути от самолета до земли и обратно до самолета. Наэтом же принципе измерения времени прохождения отраженным лучом основаны оптические методы измерения высоты.

Инерциальный метод измерения высоты полета основан на измерении вертикальных ускорений самолета и двойном интегрировании этих сигналов.

Ионизационный метод измерения высоты полета основан на зависимости ионосферной ионизации атмосферы от расстояния до Земли.

На высотах 20 – 80 км степень ионизации воздуха возрастает с увеличением высоты.

Наибольшее распространение получили барометрический и радиотехнический методы. Перспективными являются приборы, основанные на комплексировании барометрического, радиотехнического и инерционного методов измерения высоты.

Барометрический метод измерения высоты полета базируется на зависимости абсолютного давления р от высоты Н, т. е. p = f1(H).

При увеличении высоты атмосферное давление уменьшается. До высоты Н=11000 м оно изменяется по следующему закону, подтверждаемому многолетними наблюдениями:

где Ро, То – средние значения давления и температуры, применяемые равными:

Эта формула называется стандартной барометрической, т.к. устанавливает зависимость p = f(H) для стандартной атмосферы, характеризуемой постоянными значениями Ро, То, τ и R. Если эту зависимость решить относительно Н, то получается формула, называемая гипсометрической:

Читать еще:  Что такое коммерческое мрэо

Эти две зависимости справедливы до высоты 11 км. Для высот более 11 км при выводе барометрической и гипсометрической формул температура воздуха считается постоянной и равной Т = 216,66 о К (– 56,6 о С), т.е. τ = 0. Стандартные барометрическая и гипсометрическая формулы для Н > 11 км принимают вид

На высотах от 11 до 33 км средняя температура остается неизменной, а на Н > 33 км, начинает резко возрастать, и указанные формулы становятся неточными.

Радиотехнический метод измерения высоты полета (называют также радиоволновым или радиолокационным) основан на отражении радиоволн от земной поверхности. Устройства, построенные по этому принципу, измеряют истинную высоту полета и называются радиовысотомерами.

Различают радиовысотомеры непрерывного и импульсного действия (рис. 9.5,а и б).

Блок-схема радиовысотомера непрерывного действия приведена на рис. 9.5, а. Антенна А1 радиопередатчика, установленного на самолете, непрерывно излучает электромагнитные волны, которые, отражаясь от земной поверхности, возвращаются к самолету. Антенна А2 радиоприемника, также находящегося на самолете, принимает как излучаемые антенной А1, так и отраженные от Земли радиоволны.

Особенностью радиовысотомеров непрерывного излучения является частотная модуляция излучаемых колебаний.

На рис. 9.7 приведен график изменения во времени частоты f1 излучаемых колебаний (сплошная линия) и частоты f2 отраженных колебаний (пунктирная линия).

Линия частот f2 сдвинута в сторону отставания относительно линии частот f1 на величину τ вследствие того, что в каждый момент времени частота отраженного сигнала отличается от частоты прямого сигнала на величину, равную изменению частоты прямого излучения за время т прохождения радиоволн от самолета до Земли и обратно.

Рис. 9.5. Блок-схема радиовысотомеров:

а) – непрерывного действия; б) – импульсного действия

где t1 – время прохождения радиоволн прямого излучения отантенны передатчика до приемной антенны; t2 – время прохождения радиоволн от передатчика до Земли и обратно до приемной антенны.

В соответствии с рис. 9.6

где l – расстояние между передающей и приемной антенной;

Н – истинная высота полета;

с = 3·10 8 м/сек – скорость распространения радиоволн.

Разность частот F = f1f2, выделяемая в детекторе низкой частоты и измеряемая частотомером, служит мерой истинной высоты полета.

Рис. 9.7. График изменения частоты колебаний в радиовысотомере непрерывного излучения

а – зависимость частот f1 и f2 от времени; б – зависимость разности частот от времени

Рис. 9.6. Схема прохождения прямых

и отраженных радиоволн

Для определения зависимости F от Н запишем уравнение отрезков ломаных линий, характеризующих закон измерения частот f1 и f2 (см. рис.9.7)

Поскольку Н >> l, то можно пренебречь в числителе l , по сравнению с 2Н, и тогда

Чувствительность тем больше, чем больше среднее значение частоты fо и чем больше коэффициент а, характеризующий глубину модуляции частоты.

Величина среднего значения частоты равна fо = 400 ÷ 600 МГц, а амплитуда изменения частоты равна ±0,5% от среднего значения при диапазоне измеряемых высот от до 1500 м.

При посадке самолета прибор переключается на малый диапазон (от до 150 м), при этом амплитуда модуляции частоты увеличивается в 10 раз – до ±5% от среднего значения частоты.

К основным погрешностям радиовысотомера непрерывного действия относятся:

а) погрешности от помех приемопередающего радиотракта, искажающие принимаемый сигнал;

б) погрешности от нестабильности параметров f и а, вызывающие изменение чувствительности S, а следовательно, и масштаб измерения.

С увеличением высоты полета мощность отраженного сигнала резко падает, и он становится трудноразличимым на фоне радиопомех

Интенсивность полезного сигнала можно увеличить за счет повышения мощности радиопередатчика, однако его потребная мощность увеличивается пропорционально 4-й степени увеличения высоты. Например, для увеличения диапазона радиовысотомера непрерывного изучения с 1500 до 15000 м, мощность радиопередатчика пришлось бы увеличить в 10000 раз.

Измерение больших высот полета осуществляется радиовысотомером импульсного действия, работающего как радиолокатор. Радиовысотомер (см. рис. 9.5,б) содержит приемник и передатчик, причем излучение радиоволн производится не непрерывно, а дискретно (импульсами), в течение очень коротких интервалов времени, разделенных значительно более длительными паузами.

Соотношение между мгновенной мощностью РИМП, излучаемой в пространстве в импульсе и средней мощностью РСР передатчика равно

где Т – период между импульсами;

Если, например, Т=1 м/сек, а τО = 1 мксек, то Т/ τО = 1000 и, следовательно, мгновенная мощность в импульсе будет в 1000 раз превышать среднюю мощность радиопередатчика.

Процесс измерения высоты радиовысотомером импульсного действия сводится к следующему. Приемная антенна принимает два последовательных импульса – прямой и отраженный от Земли. Оба импульса усиливаются и подаются на катодно-лучевую трубку, где воздействуют на электронный луч с круговой разверткой.

Если движение луча по окружности от нулевой отметки шкалы будет начинаться в момент времени прихода прямого импульса, а во время прихода отраженного импульса электронный луч получит радиальный всплеск, то угловое положение α этого всплеска будет пропорциональным измеряемой высоте:

где S = – чувствительность прибора;

Ω – угловая скорость развертки электронного луча.

Чувствительность S и соответственно точность отсчета показаний можно увеличить путем увеличения скорости развертки Ω. Однако при слишком большой скорости луч может совершить несколько оборотов до момента прихода отраженного импульса и возникнет неопределенность показаний, связанная с незнанием количества оборотов, сделанных лучом.

Получение однозначных показаний достигается переключением диапазонов: при малой скорости развертки производится грубый отсчет высоты, а при большой скорости делается точный отсчет.

Погрешности радиовысотомеров импульсного действия складываются из погрешностей от радиопомех и погрешностей от непостоянства угловой скорости развертки.

Радиовысотомер импульсного изучения непригоден для отсчета очень малых высот (при посадке самолета), так как он обладает сравнительно большой зоной нечувствительности, обусловленной тем, что на малых высотах время τ соизмеримо с длительностью импульса τО, из-за чего прямой и отраженный импульсы сливаются и их не удается различить друг от друга.

Высотомер (альтиметр). Виды и работа. Применение и особенности

Высотомер, или альтиметр – это пилотажный прибор, предназначенный для определения высоты полета. Он является стационарным оборудованием любого летательного аппарата, а также используется альпинистами.

Назначение высотомера

Альтиметр является важным навигационным прибором. Его наличие позволяет пилоту правильно заходить на посадку. Не имея информацию о высоте сложно рассчитать угол и опуститься на посадочную полосу, чтобы избежать с ней столкновения. Внедрение высокоточных альтиметров в авиацию значительно снизило долю крушений при посадке. Также высотомеры позволяют поддерживать оптимальную высоту, на которой во время полета создается минимальное воздушное сопротивление, что позволяет экономить топливо.

Знать высоту необходимо и при сбросе парашютистов, поскольку если подняться слишком низко, парашют не успеет в достаточной мере затормозить снижение парашютиста. Когда же самолет поднимается чрезмерно высокого, то разреженный воздух за бортом может вызвать у человека потерю сознания.

Данные о высоте необходимы и для воздушных шаров, дельтапланов, парапланов и прочих аппаратов. Не зная высоту можно подняться выше положенного уровня, где сложно дышать, присутствует сильный ветер или двигаются перелетные птицы.

Типы альтиметров по устройству и принципу работы
Существует несколько типов высотомеров:
  • Барометрические.
  • Радиоволновые.
  • GPS.
  • Гамма-лучевые.

Во время полета получение данных о фактической высоте очень важно для безопасности движения. Именно поэтому на борту самолетов и вертолетов зачастую устанавливается сразу несколько типов высотомеров, работающих по разным принципам. Это дает возможность получать более точные данные, и при необходимости пользоваться тем устройством, которое в определенный момент работает с минимальной погрешностью. В каждом из перечисленных типов альтиметров имеются слабые стороны, когда их точность поддается сомнению. К примеру, одни высотомеры работают плохо над горной местностью, а другие ошибаются с высотой при полете на значительном отдалении от земли.

Барометрический высотомер

Это механическое устройство, работающее по принципу барометра. Оно высчитывает высоту по давлению атмосферы. Применяемый принцип измерения обоснован изменением атмосферного давления в зависимости от высоты. Чем выше над землей, тем оно ниже.

По факту прибор измеряет только непосредственное давление на высоте полета, а уже его механизм переводит данный показатель в приблизительные метры над землей. Чувствительной частью устройства является герметично запаянная коробка с мембраной. В зависимости от давления, мембрана меняет свое положение, тем самым передает механическое воздействие на привязанный к ней механизм. Тот в зависимости от создаваемого давления, отодвигает стрелку указателя высоты в ту или иную сторону на шкале.

Такие приборы подходят для установки на легких самолетах и вертолетах, летающих низко над землей. Шкала высотомера обычно разделена на 10 пронумерованных секторов. Каждый из них равен высоте в 1 км, а его деление соответстветствует 100 или 200 м. Редко можно встретить барометрический высотомер на 20 км.

На фоне надежности и простоты такого устройства все же нужно выделить и его недостатки:
  • Необходимость ручной регулировки давления перед каждым вылетом.
  • Приблизительная точность.

Чтобы высотомер работал хотя бы приблизительно точно, необходимо настроить на его шкале текущее атмосферное давление на земле. Информация об этом сообщается наземными службами. Обычно пилотам предоставляются показания давления в аэропорту или аэродроме где будет осуществляться посадка. По мере перелета прибор может подстраиваться более точно, если диспетчер сообщит об изменениях давление на точке.

Также выпускаются небольшие ручные альтиметры, работающие по принципу барометра. Они предназначены для определения высоты парашютистов. Персональные устройства обычно носят на руке вместо часов.

Радио-альтиметр

Работает по принципу схожему с радаром. Он отправляет в сторону земли радиосигналы, те отражаются и возвращаются в сторону борта самолета. Устройство их улавливает и анализирует время, которое потребовалось сигналу, чтобы дойти до земли и возвратиться. Имея информацию о скорости волны и времени, затраченного на движение в две стороны, можно определить фактическую высоту воздушного судна.

Радио-высотомер позволяет определить реальную высоту полета, а не относительную. Это более сложный прибор, не требующий особого внимания от пилота. Он работает полностью автоматически и не нуждается в настройке.

Читать еще:  Как проверить дмрв на ваз 2114 мультиметром
Недостатками такой конструкции можно назвать только несколько моментов:
  • Сложное строение, что снижает надежность аппарата.
  • Потеря точности при полете на больших высотах, в связи с затуханием волн.
  • Практическая бесполезность в горной местности.
  • Вредность отправляемых коротковолновых импульсов.

Генерируемый радио-высотомером сигнал вредит биосфере, поскольку его коротковолновый импульс очень мощный. Такие устройства производят для полетов на высоте до 30 км. К сожалению, даже самые мощные из них при движении над горной местностью получают искаженный сигнал, поскольку он отражается от поверхностей находящихся под углом. Наибольшая точность возможна только при полете над равниной.

GPS альтиметры

Являются самыми распространенными в современной авиации. Они работают по схожему принципу с радиотехническими, но отправляют сигналы не на землю, а на спутники. Те в свою очередь постоянно двигаются на заданной орбите, поэтому являются относительно стабильными. Получая отклик сигнала, GPS альтиметр путем математических вычислений определяет свои координаты и высоту. Чтобы рассчитать координаты высотомер должен связаться с двумя спутниками, а для измерения высоты с тремя.

GPS устройства имеют всего лишь пару недостатков:
  • Снижение точности при работе на скоростных истребителях.
  • Платное использование ресурса спутников.

Фактическая погрешность GPS альтиметров для гражданской авиации составляет до 10 м. При этом имеются устройства более высокого класса, работающие со спутниками по каналам L1. Отклонение у таких приборов всего пара сантиметров. Несмотря на совершенность технологии определения высоты по спутникам, подобное оборудование требует времени для получения сигнала. Тот двигается между передатчиком и приемником около секунды. Если летательный аппарат движется с малой скоростью, то такая задержка создает незначительную погрешность, но на истребителях гражданские высотомеры работают очень неточно.

Гамма-лучевой высотомер

Отправляет на поверхность радиоактивный изотоп, который отбивается и возвращается обратно. Фактически применяется похожий принцип, что и на радиотехническом альтиметре. Такое устройство может работать только на небольших высотах в несколько десятков метров. Отправляемые альтиметром изотопы практически не реагируют на различные преграды в виде пыли или газовых уплотнений, поэтому возвращаются без помех. Эти устройства совершенно непригодны для гражданской авиации. Они используются на космических кораблях в условиях вакуума.

Недостаток гамма-лучевых высотомеров очевиден:
  • Высокая стоимость.
  • Малый диапазон измерение высоты.
  • Радиоактивность.
Парашютные и туристические высотомеры

Надобность в альтиметре может возникнуть не только на борту самолета, но и в других случаях. Высотомеры необходимы для полетов на дельтаплане, воздушном шаре, параплане. Обычно такие альтиметры является частью многофункциональных устройств, которые помимо высоты также определяют вертикальную скорость движения, температуру, давление и т.д.

Однозадачные альтиметры, не обладающие другими функции, работают по барометрическому принципу. Зачастую гражданские версии такого устройства для парашютистов представляют собой подобие обыкновенных наручных часов. Они почти ничего не весят, и дают возможность определять высоту в полете даже до раскрытия парашюта.

Также необходимость в знании высоты может возникать во время горных подъемов. Специально для этого были разработаны туристические высотомеры, созданные для альпинистов. Подобные устройства производят в более широком изобилии, чем парашютные.

Их делают с разным форм-фактором под:
  • Компас.
  • Часы.
  • Ножик.

Самым распространенным является туристический высотомер в виде наручных часов. Часто это многофункциональный прибор, показывающий еще и время, давление, направление на север. Устройства в форме компаса или шайбы зачастую позволяют определять только высоту.

Туристические высотомеры, как и парашютные, обычно делаются противоударными. Они продолжают нормально работать в широком диапазоне температур. Их механизм защищен от промокания. При выборе туристического высотомера необходимо отталкиваться от того, на какую высоту планируется подниматься в горах. Большинство устройств имеют шкалу только на 2,5 км. Если потребуется поднять дальше, то стоит остановиться на альтиметре на 4 км.

Наиболее экзотическим альтиметром можно назвать туристический швейцарский нож, с встроенным высотомером, термометром, таймером и будильником. Это весьма полезное устройство, поскольку позволяет отказаться от множества тяжелого оборудования, что важно в походе.

Принцип работы, устройство и погрешности барометрического высотомера

По принципу своего устройства барометрический высотомер по сути представляет собой барометр-анероид с тем лишь отличием, что его шкала отградуирована не в единицах давления, а в единицах высоты. Слово «анероид» в переводе с греческого означает «безводный» и используется в противоположность водяному ртутному барометру.

Чувствительным элементом высотомера (рис. 6.7) является анероидная коробка 4 (обычно используется блок из двух анероидных коробок).

Рис. 6.7. Принципиальная схема барометрического высотомера

Анероидная коробка является герметичной, запаянной, из нее выкачан воздух и поэтому в ней сохраняется давление, близкое к нулю. Когда высотомер находится у земли, коробка под действием атмосферного давления находится в наиболее сжатом состоянии. При подъеме на высоту, когда атмосферное давление снаружи анероидной коробки падает, она расширяется, поскольку поверхность коробки гофрирована и ведет себя как пружина. При снижении под действием увеличивающегося атмосферного давления коробка сжимается.

С анероидной коробкой через передающий механизм 3 связана стрелка 2, перемещение которой относительно шкалы прибора 1 соответствует расширению (сжатию) коробки и, следовательно, изменению высоты.

Анероидная коробка помещена в герметичный корпус прибора 5, в который через штуцер трубопровода 6 поступает атмосферное давление за бортом PH. Это же давление часто называют статическим давлением Pст, то есть давлением, которое имеет место в спокойной атмосфере на высоте расположения высотомера без учета дополнительного давления, возникающего из-за набегающего потока при движении ВС. Если на любой высоте поместить неподвижный обычный барометр, то он и покажет статическое давление.

Статическое давление поступает в трубопровод системы статического давления из приемника воздушного давления 7 (ПВД) или приемника статического давления.

ПВД предназначен для приема не только статического давления, но и полного давления. ПВД закрепляется снаружи фюзеляжа и представляет собой трубку, ориентированную по направлению полета. Отверстие, направленное навстречу набегающему потоку воздуха, предназначено для приема полного давления, которое в высотомере не используется, но необходимо для указателей скорости. Статическое же давление принимается боковыми отверстиями, которые расположены так, чтобы в них по-возможности не попадал набегающий поток.

На многих типах ВС статическое давление принимается отдельным приемником статического давления, который представляет собой цилиндрический штуцер, не выступающий за обшивку самолета. А полное давление на таких типах ВС принимается отдельно расположенным приемником полного давления (ППД).

Существует много типов барометрических высотомеров. Принцип их работы одинаков, различаются же они в основном устройством шкал. В двухстрелочных высотомерах по короткой стрелке отсчитываются тысячи метров (километры высоты), а по длинной – десятки и сотни метров. В однострелочных высотомерах – тысячи метров индицируются цифрами в специальном окошке (рис. 6.8). Возможны и другие варианты.

Кроме стрелок, показывающих высоту, на высотомере обязательно имеется небольшая шкала и связанная с ней кремальера установки давления P, то есть давления, от уровня изобарической поверхности которого отсчитывается высота.

Высотомеры могут различаться и единицами измерения высоты – метры или, как принято за рубежом, футы (в этом случае их называют футомерами). Шкала установки давлений также может быть оцифрована в миллиметрах ртутного столба, гектопаскалях (миллибарах) или дюймах ртутного столба (в США).

Рис. 6.8. Внешний вид барометрических высотомеров

Рис. 6.9. Устройство двухстрелочного высотомера

Очевидно, что на самом деле высотомер, как и обычный барометр, измеряет атмосферное давление на высоте полета. Но шкала отградуирована не в единицах давления, а в единицах высоты, то есть каждому измеренному давлению поставлена в соответствие какая-то высота, которую и показывают стрелки. Ключевым моментом в понимании работы высотомера является то, что при градуировке высотомера связь между измеренным давлением и индицируемой высотой заложена такая же, какая существует между этими величинами в стандартной атмосфере. Как говорят, высотомер отградуирован по стандартной атмосфере, то есть в соответствии с формулой (6.5).

Допустим, что на шкале давлений установлено P=760 мм рт.ст. В этом случае по сути высотомер превращается в механизированную таблицу стандартной атмосферы (см. табл. 6.1). Любому конкретному измеренному давлению соответствует вполне определенная высота, показываемая прибором, а именно та высота, на которой в стандартной атмосфере давление равно измеренному. То есть, если, например, расширение анероидной коробки соответствует давлению 330 мм рт.ст., то стрелки высотомера покажут высоту 6500 м (см. табл. 6.1). А если измерено давление 760 мм рт.ст., то стрелки покажут Н=0.

Эта связь между давлением и высотой однозначна и не зависит ни от фактической (геометрической) высоты самолета над уровнем моря или аэродрома, ни от температуры или характера ее изменения с высотой.

Понятно, что в реальной атмосфере зависимость давления от высоты вовсе не такая и каждый раз разная. Поэтому показания барометрического высотомера (барометрическая высота) вовсе не соответствует фактическому расстоянию до ВС от уровня начала отсчета. Барометрическая высота – это вообще не высота, то есть не расстояние от одного уровня до другого.

Барометрическая высота – показания идеального барометрического высотомера, отградуированного по стандартной атмосфере. Или иначе – это высота в стандартной атмосфере, соответствующая измеренному значению давления.

На шкале давлений высотомера может быть установлено не обязательно значение 760 мм рт.ст., но и любое другое значение P, лежащее в пределах шкалы давления (например, от 650 до 790 мм рт.ст.). Конструктивно высотомер устроен таким образом, что при вращении кремальеры установки давления весь механизм вместе с анероидной коробкой и зубчатыми колесами поворачивается на определенный угол. При этом не только меняется установленное на шкале давление, но и перемещаются стрелки высотомера (примерно на 11 м при изменении давления на 1 мм рт.ст.). Эту операцию можно интерпретировать просто как смещение шкалы отсчета высот. Форма кривой зависимости давления от высоты осталась той же, но шкала высот сместилась так, что по ней нулевое значение высоты соответствует установленному давлению (рис. 6.10).

Рис. 6.10. Установка давления

Таким образом, высотомер будет показывать нулевое значение высоты, если атмосферное давление в точке его нахождения равно давлению, установленному на шкале давлений.

Читать еще:  Мицубиси аутлендер замена ремня привода грм

Поэтому можно приближенно считать, что барометрический высотомер показывает высоту относительно уровня изобарической поверхности с тем значением давления, которое установлено на высотомере. Точным это утверждение будет только в стандартной атмосфере, а во всех остальных случаях показания высотомера, конечно, не будут совпадать с фактической (геометрической) высотой. И расхождение (методическая температурная погрешность) будет тем больше, чем сильнее фактическая температура отличается от стандартной.

Пилот, устанавливая давление, сам выбирает уровень, от которого высотомер будет показывать высоту.

Рис. 6.11. Изменение установленного давления и высоты

Когда пилот в полете выдерживает по высотомеру постоянную барометрическую высоту, это вовсе не значит, что ВС летит на постоянной высоте в геометрическом смысле этого слова. Это означает, что ВС летит так, чтобы статическое давление, то есть давление на высоте, сохранялось постоянным. Ведь именно его на самом деле измеряет высотомер. Следовательно, ВС летит по изобарической поверхности, повторяя все ее изгибы в реальной атмосфере. При этом нетрудно определить и численное значение давления на этой изобарической поверхности, то есть давление за бортом. Если на высотомере установлено давление 760 мм рт.ст., а высотомер показывает высоту, например, 3000 м, то по таблице стандартной атмосферы, по которой и отградуирован высотомер, можно посмотреть соответствующее этой высоте давление. В данном примере 525,7 мм рт.ст.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 8940 — | 7611 — или читать все.

Альтиметр — прибор в самолете

Альтиметр, либо как его принято именовать – высотомер, есть пилотажно-навигационным прибором для измерения высоты полета. Все высотомеры подразделяются на два главных типа по собственному строению, а именно на радиотехнические и барометрические устройства.

В старину в качестве высотомера применяли элементарные угломерные устройства, каковые разрешали определять высоту по космическим телам, таким как звезды либо планеты.

Посредством данного прибора вероятно определение относительной высоты полета. Это устройство трудится за счет измерения давления в воздухе. Всем как мы знаем, что с поднятием на высоту давление значительно уменьшается.

Как раз за счет данного принципа и трудится высотомер. В конечном итоге он измеряет не высоту, а давление атмосферного воздуха, на базе которого определяется высота.

Конструктивно альтиметр является запаянную коробку, которая имеет мембрану. С трансформацией давления мембрана меняет собственный положение. К ней между стрелкой прибора и мембраной существует соединение.

Поэтому мельчайшие трансформации мембраны отображаются стрелкой на проградуированной шкале.

Такие высотомеры установлены на летательных аппаратах с маленькой большой высотой полета. Прибор имеет сходство с часами, потому, что он имеет круглую форму и две стрелки. Главным отличием есть то, что табло поделено на 10 секторов.

Одна из стрелок, перемещаясь на одно деление, отмечает высоту в 100 метров, а вторая, меньшая, отмечает изменение высоты на 1 километр.

Более современные барометрические высотомеры разрешают измерять высоту до 20 километров над уровнем моря. Необходимо подчернуть, что эта конструкция неофициально считается стандартом в авиастроении. Кроме этого существуют альтиметры с одной стрелкой, полный оборот на 360 градусов отвечает одному километру высоты.

Необходимо подчернуть, что время от времени нужна ручная настройка высотомера с учетом наземного давления на аэропортах, тем более в то время, когда они находятся в горных районах. Из-за неправильной настройки высотомера произошло большое количество трагедий, риск возрастает при нулевой видимости.

В бывших советских республиках принято устанавливать давление на приборе такое же, как и давление аэропорта, на что проводится посадка, это можно считать точкой отсчета. Западные государства в качестве точки отсчета высоты применяют давление на уровне моря.

Еще одной точкой отсчета высоты есть так называемая линия эшелона. Эшелон – это стандартное давление в 760 мм рт. ст., которое наступает на высоте. Это условная линия высоты с постоянным давлением. Эта условная линия отсчета высоты есть стандартом для авиации всей земли. Необходимо подчернуть, что посадка всех летательных аппаратов запрещена без уточнения давления над аэропортом.

Требования ИКАО гласят об необходимом наличии на борту диспетчерского альтиметра, что не считая показа высоты сигнализирует самолетному ответчику, все это разрешает авиадиспетчерам выяснить настоящую высоту полета судна.

Существуют маленькие высотометры, каковые применяют парашютисты и десантники для прыжков. Этот прибор имеет размер и небольшую массу, корпус изготовлен из ударопрочного материала. Такие совокупности устанавливаются на парашютах.

Сейчас применяют и электронные устройства, каковые сигнализируют о прохождении заданных высот.

Высотометр радиотехнического типа разрешает отображать высоту полета за счет посыла электронной волны в направлении почвы, по окончании чего она отбивается и принимается прибором на борту самолета. Анализируется время возвращения сигнала, определяется высота самолета над поверхностью почвы. Главным отличием от барометрического высотомера есть то, что определяется настоящая высота, а не относительная.

Помимо этого, это устройство отображает высоту с большей степенью точности.

Все же на практике прибор действен на маленьких высотах, потому, что для громадной высоты нужен замечательный соответствующее оборудование и излучатель сигналов для устранения и фильтрации помех.

Совокупность складывается из передатчика типа СВЧ и антенны, которая расположена на нижней части фюзеляжа самолета. Кроме этого имеются приёмники и отражатели сигналов, отображения и система обработки на приборной доске в кабине пилотов. Радиотехнические альтиметры делятся на два типа.

Первые трудятся на высотах до 1,5 километра в постоянном режиме. Вторые трудятся в диапазоне от 1,5 и до 30 километров, но они функционируют в импульсном режиме. Все высотомеры имеют сигнальные совокупности малой высоты полета, каковые светом и звуком информируют о понижении высоты от предварительно заданной.

Недочётом данного прибора есть то, что луч от передатчика направлен четко вниз. За счет этого действенным радиотехнический альтиметр можно считать лишь на равнинной местности и совсем ненужным в горных районах. Помимо этого, при громадном крене автомобили прибор показывает завышенные показатели, что не отвечает действительности.

Говоря о безопасности, нужно подчернуть, что такие устройства подают замечательные коротковолновые импульсы, каковые наносят урон биосфере.

В авиации высоту возможно вымерять посредством современных GPS-приемников. Данный прибор трудится за счет посыла сигналов на пара спутников, каковые находятся на постоянных орбитах перемещения. Математические вычисления прибора разрешают определить координаты летательного аппарата и его высоту.

Высота измеряется относительно модели почвы типа WGS84. Необходимо подчернуть, что прибор GPS трудится со спутниками. Так посредством связи с двумя спутниками возможно установить правильные координаты. Дабы выяснить высоту полета, нужна сообщение с тремя спутниками.

Работа высотомера GPS имеет намного больше преимуществ, нежели барометрические и радиотехнические устройства, потому, что определение высоты не зависит от показателей давления, пересеченной крена и местности летательного аппарата.

Все же кое-какие недочёты существуют и в таких устройствах. При применении на скоростных истребителях весьма стремительное понижение не разрешает устройствам отображать настоящие показатели. В аналогичной ситуации счётному прибору нужно время на получение и отправление сигнала от спутника, подобные задержки могут быть около одной секунды.

Более новые модели GPS-альтиметров имеют возможность учитывать скорость понижения, что делает их более правильными.

Для маленьких высот более правильными и надежными являются все же барометрические и радиотехнические высотомеры, потому, что на них не воздействует отражение сигналов от помех и поверхности от наземных электрических совокупностей.

Бытовые GPS-совокупности, каковые употребляются в машинах либо сотовых телефонах, смогут иметь отклонение от точности на 10 метров, этого хватит для действенного ориентирования на местности. спецслужбы и Военные США применяют закрытый и более надежный канал GPS называющиеся L1, что разрешает измерять точность высоты до нескольких сантиметров.

Принцип работы данного прибора основан на излучении изотопов 137Сs либо 60Со, каковые посылаются на поверхность и отбиваются обратно. Подобный прибор употребляется на маленьких высотах в пара десятков метров. Главным преимуществом есть стабильность лучей, на каковые фактически не воздействуют помехи.

Таковой высотомер был установлен на космическом корабле «Альянс» и обозначался как изделие «Кактус». Совокупность была установлена на днище корабля и имела соответствующее маркирование радиационной опасности.

В итоге необходимо подчернуть, что высота полета крайне важна, потому, что правильное ее определение разрешает обеспечить безопасность полетов. Поэтому подход к определению высоты должен быть комплексным и летательные аппараты должны иметь сходу пара высотомеров различной конструкции. Лишь так возможно достигнуть точности вычисления.

Экипаж самолетов проходит глубокую подготовку по работе с устройствами, что разрешает разбирать все показания совокупности. Отказ одного из устройств высоты на протяжении полета приравнивается к летному происшествию.

Garmin Fenix 3 демонстрация Барометера и Альтиметра или давление воздуха в самолете Boeing 737-800

Увлекательные записи:

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны:

Часть 1 В январе 1943 г. на заводе №24 начались совместные 50–часовые опробования опытного образца мотора АМ–39, выстроенного на базе агрегатов и узлов…

В первой половине 1939 г. по инициативе ЦК ВКП(б) и СНК СССР были совершены пара заседаний с участием управления ВВС, конструкторов и авиапромышленности….

Разработчик: Поликарпов Страна: СССР Первый полет: 1938 г. На протяжении предстоящих работ по ВИТ-1, было решено применять более замечательные моторы…

Разработчик: ОКБ Антонова Страна: СССР Первый полет: 1953 г. Лето 1953 года для ОКБ О.К.Антонова было тяжёлым. Недавний переезд из Новосибирска в Киев,…

Часть 1 Этот текст был переведен глубокоуважаемым сотрудником NF. Перевод был выполнен в марте 2015 года. Один тип германских высотных самолётов оказал…

По окончании того как проект Bobolink был отменен, конструкторский отдел компании Boulton Paul начал работу над полномасштабным экспериментальным…

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector