Чем измеряют высоту полета

Вычислить высоту полета

Как известно, без высоты полета не бывает, а высотомер – прибор, без которого не обходится ни один самолет. Несмотря на то, что современные лайнеры сильно изменились по сравнению с первыми самолетами, принципы полетов остались такими же: все те же высоты и эшелоны. И высотомеры остались, только с несколько измененным внешним видом.

После исторического полета братьев Райт в 1903 году, несмотря на развитие авиации, еще два десятилетия основными инструментами пилота по-прежнему оставались глаза и вестибулярный аппарат. Естественно, что полеты в темноте, тумане или в условиях облачности сопровождались большим риском. Нo самолеты летали и ночью, а пилоты, рискуя свалиться в «штопор», ориентировались по освещенным объектам на земле.

Для так называемого «слепого» полета, без участия органов чувств пилота, требовались надежные приборы.

Надо отметить, что к тому времени многие приборы для ориентации в пространстве уже существовали. К примеру, указатель поворота и крена, представлявший собой изогнутую стеклянную трубку с металлическим шариком внутри, а также гирокомпас и авиагоризонт.

Кстати, в России первый авиагоризонт был создан в начале 30-х годов прошлого века на Уральском приборостроительном заводе, ныне входящем в КРЭТ. Именно с этого устройства и началась история российского гироскопического производства.

Таким образом, авиации того времени не хватало только надежного, а главное, точного высотомера – прибора, указывающего высоту полета. Второе его название – альтиметр, от латинского altus – «высоко», используется чаще за рубежом.

Можно сказать, что высотомер был готов еще в 1843 году, когда французский ученый Люсьен Види изобрел всем известный барометр-анероид. С началом эры самолетов этот прибор оказался как нельзя кстати. Этот барометрический способ измерения, основанный на естественном явлении падения атмосферного давления с высотой, существует по сей день.

Точность первых барометрических высотомеров составляла 30–50 м, что абсолютно недостаточно для «слепого» полета. Американец Пауль Коллсман нашел выход, взяв в помощь швейцарский хронометр – самый совершенный механический прибор того времени. Одна из швейцарских часовых компаний по его заказу изготовила механизм, который позволял измерять высоту с точностью до 1 метра.

И уже в сентябре 1929 года состоялся первый по-настоящему «слепой» полет: самолет взлетел и пролетел 15 миль, при этом кабина была занавешена, а пилот ориентировался исключительно по приборам, одним из которых был барометрический высотомер Коллсмана.

Все барометрические высотомеры, отечественные и зарубежные, имеют одинаковую конструкцию: запаянная коробочка с мембраной, изменение положения которой механически связано со стрелками, перемещающимися вокруг шкалы, проградуированной в цифрах. Длинная стрелка делает один оборот при изменении высоты на 1 тыс. м, при этом короткая перемещается только на один цифровой сектор.

От надежности и точности высотомера напрямую зависит безопасность полетов. Именно поэтому устройства, измеряющие высоту полета, на современном летательном аппарате дублируются. На борту практически всегда присутствует высотомер, использующий другой способ измерения высоты – радиовысотомер.

Он работает по принципу радиолокации, его показания не зависят от состояния атмосферы и отличаются большей точностью.

Радиовысотомер представляет собой комплект электронной аппаратуры с антенной. Конструктивно прибор состоит из СВЧ-радиопередатчика, направленная антенна которого расположена на «брюхе» воздушного судна, приемника отраженного сигнала, устройств обработки сигналов. В кабину экипажа на приборную доску выведен только индикатор, который показывает высоту, а также обычно имеется система предупреждения об опасной высоте. То есть радиовысотомер может являться составной частью комплекта систем предупреждения столкновения с землей. Кроме того, он существенно повышает возможность автоматизации процесса посадки.

Пределы измерения у приборов могут быть различны. Например, высотомеры, которые измеряют высоты до 10 тыс. м, устанавливаются в основном на самолеты, максимальная высота полета которых не очень велика. Высотомеры на таких машинах, как Ту-154, МиГ-29, имеют пределы измерения гораздо больше. Некоторые высотомеры больших высот применяются и в космонавтике, например при посадке спускаемых аппаратов на Луну.

В настоящее время практически на каждом самолете стоит как минимум один радиовысотомер. А зачастую их может быть и несколько, и они могут работать в комплексе с другими самолетными системами. Отказ хотя бы одного прибора, измеряющего высоту полета, в авиации считается особым случаем и расценивается как предпосылка к летному происшествию.

Таким образом, высота – не только мечта летчика, но и очень важный параметр для безопасности полета, а высотомер – прибор, без которого не полетит ни один самолет.

Источник

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:

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:

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.

Недостатками такой конструкции можно назвать только несколько моментов:

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:

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:

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:

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.

Источник

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.

Источник

Глава 4 ВЫСОТА ПОЛЕТА И ВЫСОТОМЕР

§ 28. ДАВЛЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

Атмосферный воздух всем своим весом оказывает давление на землю. Атмосферное давление можно измерять простейшим прибором — стеклянной трубкой, наполненной ртутью. Эта трубка представляет собой V-образную форму с запаянным сверху длинным коленом и открытым коротким коленом (рис. 81). Внутри запаянного колена нет воздуха (Торичеллиева пустота).

Рис. 81. Измерение величины атмосферного давления высотой ртутного столба

На рис. 81 показано, что тяжелая ртуть не выливается из трубки. Какая-то сила давит на ртуть в открытом колене трубки и удерживает высокий столб ртути. Эта сила называется атмосферным давлением. Чем больше атмосферное давление, тем выше поднимается ртуть в трубке, и наоборот, с уменьшением атмосферного давления уровень ртути в высоком колене будет понижаться.

§ 29. ИЗМЕНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПО ВЫСОТАМ

По мере увеличения высоты давление и плотность атмосферы уменьшаются. Давление с высотой понижается неравномерно. На высотах до 4000 м подъем на каждые 100 м высоты соответствует уменьшению давления на 7–9 мм рт. ст. В практике принято считать, что при изменении высоты на каждые 100 м давление изменяется на 10 мм рт. ст. У земли давление атмосферы приблизительно равно 760 мм рт. ст., на высоте 11 км, у нижней границы стратосферы, оно будет около 170 мм рт. ст. На высоте 3000 м давление атмосферы равно 526 мм рт. ст. (рис. 82). Давление атмосферы зависит не только от высоты, но и от температуры воздуха. В холодном воздухе убывание давления с высотой будет проходить быстрее, чем в теплом.

Рис. 82. Вертикальный разрез атмосферы до высоты 60 км

§ 30. ТЕМПЕРАТУРА И ПЛОТНОСТЬ АТМОСФЕРЫ

Температура является очень важной характеристикой атмосферы. От температуры в значительной степени зависит плотность воздуха. По давлению и температуре воздуха в данном месте можно всегда определить и плотность.

С увеличением температуры воздух расширяется, становится более легким и поднимается вверх, плотность его уменьшается; при понижении температуры плотность воздуха увеличивается. Температура в атмосфере распределяется неравномерно из-за того, что земля неравномерно нагревается солнцем. Воздух, находящийся над более нагретыми участками земли, окажется более нагретым и более легким.

Температура в атмосфере не одинакова, претерпевает часто быстрые изменения, поэтому атмосфера находится всегда в движении.

Существует определенная закономерность понижения температуры воздуха с высотой. В теплое время года летом в насыщенном воздухе содержится больше пара, чем зимой. При охлаждении пара происходит более обильная конденсация и выделяется большое количество тепла. В результате поднимающийся воздух охлаждается не так сильно, как зимой. По этой причине в теплое время года вертикальный температурный градиент равен 0,6° на 100 м, а в холодное время — около 0,4° на 100 м. Эти цифры обычно и берутся для приближенных расчетов при определении температуры на высотах. На высоте около 11 км падение температуры прекращается и она (зимой и летом) равна 55–60 °C ниже нуля.

Плотность атмосферы является очень важным фактором для полета самолета. От нее зависят скорость самолета и мощность двигателя.

Плотность атмосферы зависит от давления и от температуры. При сохранении давления постоянным плотность атмосферы все же будет изменяться, если изменяется температура атмосферы.

При полетах на большие расстояния определяют режим полета по плотности атмосферы, а также наивыгоднейшую высоту полета по специальным графикам.

§ 31. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫСОТ

Для правильного пилотирования и для решения ряда задач самолетовождения необходимо знать высоту полета самолета. Так, например, чтобы избежать при полете возможного столкновения с различными естественными и искусственными препятствиями на земной поверхности или правильно произвести посадку самолета на аэродром, нужно в каждый данный момент знать высоту полета и высоту препятствий в районе полета.

Из сказанного следует, что самолет должен быть оборудован прибором, с помощью которого можно в любое время определить расстояние между самолетом и земной поверхностью по вертикали, т. е. высоту полета.

В зависимости от точки, относительно которой производится измерение, различают:

— абсолютную высоту — высоту относительно уровня моря; эта высота не зависит от рельефа местности, над которой пролетает самолет;

— относительную высоту — высоту относительно аэродрома взлета;

— истинную высоту — высоту над пролетаемой местностью; эта высота зависит от рельефа местности, над которой совершают полет (рис. 83).

Основным средством определения высоты полета является барометрический высотомер, основанный на измерении атмосферного давления, которое, как известно, не остается постоянным, а убывает по определенному закону.

Рис. 83. Абсолютная, истинная и относительная высоты полета

§ 32. ПРИНЦИП РАБОТЫ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО ВЫСОТОМЕРА

Барометрические высотомеры построены на принципе измерения статического давления (давление воздуха, окружающего самолет). Метод барометрического измерения высоты основан на законе падения давления воздуха с увеличением высоты.

Чувствительным упругим элементом высотомера, реагирующим на изменения статического давления воздуха, являются металлические мембраны — анероидные коробки (рис. 84). Они представляют собой герметичное соединение обычно двух мембран в коробке.

Рис. 84. Гофрированная мембрана

Для уменьшения влияния изменения температуры на точность работы упругого элемента из внутренней полости коробки воздух откачан.

Остаточное давление воздуха в коробках обычно доводится до 0,1–0,3 мм рт. ст., что вполне обеспечивает необходимую точность работы высотомера.

Чувствительным упругим элементом высотомера, реагирующим на изменения статического давления воздуха, является батарея из двух анероидных коробок, соединенных последователь- но (рис. 85).

Рис. 85. Батарея из двух анероидных коробок

На анероидную коробку действуют две силы: сила атмосферного давления, стремящаяся сжать коробку, и сила упругости мембраны коробки, препятствующая этому сжатию (рис. 86).

Рис. 86. Силы, действующие на анероидную коробку

На поверхности земли, где атмосферное давление имеет наибольшую величину, анероидная коробка сжата, или, иными словами, имеет максимальный прогиб. При поднятии такой коробки над поверхностью земли по мере уменьшения атмосферного давления под действием упругих сил мембран коробка будет расширяться. Расширение коробки будет пропорционально уменьшению давления: чем меньше давление, тем больше будет расширяться коробка и тем меньше будет прогиб мембран.

Расширение коробки прекратится тогда, когда прекратится изменение давления. Обычно прогиб мембран бывает невелик (2–3 мм).

С помощью специального передающего механизма фиксируется малейшее изменение прогиба мембран. Кроме того, поступательное движение центра коробки превращается во вращательное движение, которое передается на стрелку, указывающую высоту полета по циферблату.

Простейшая принципиальная схема барометрического высотомера состоит из четырех основных узлов: чувствительного элемента, передающего механизма, фиксирующего механизма и корпуса прибора (рис. 87). Из этой схемы видно, что при поступательном движении жесткого центра коробки 1 тяга 2 будет поворачивать стрелку 3.

Рис. 87. Принципиальная схема барометрического высотомера:

_{1 — анероидная коробка; 2 — тяга; 3 — стрелка; 4 — шкала; 5 — корпус; 6 — штуцер}

§ 33. УСТРОЙСТВО ДВУСТРЕЛОЧНОГО ВЫСОТОМЕРА

Двустрелочный высотомер представляет собой прибор, состоящий из корпуса и шкалы высот. Шкала высот рассчитана на 10 000 м. Цена деления шкалы высот для большой стрелки — 10 м, а для малой — 100 ж (рис. 88).

Рис. 88. Двустрелочный высотомер

На шкале имеются две подвижные стрелки — большая и малая: первая делает один оборот за 1000 м высоты, вторая — один оборот за 10 000 м. В нижней части шкалы имеется вырез, через который читают давление атмосферы. В нижней части корпуса имеется кремальера, с помощью которой устанавливается давление атмосферы на аэродроме взлета или аэродроме посадки. С помощью кремальеры можно также переводить стрелку высотомера, не передвигая шкалы давления атмосферы.

В качестве чувствительного элемента поставлена двойная анероидная коробка.

Механизм прибора (рис. 89) состоит из шарнирной передачи, сектора с трибкой, пары цилиндрических шестерен и перебора из четырех цилиндрических шестерен.

Рис. 89. Кинематическая схема двустрелочного высотомера:

_{1 — анероидные коробки; 2 — вилка с биметаллической пластинкой; 3 — тяга; 4 — биметаллическая пластинка; 5 — валик; 6 — сектор; 7 — трибка; 8 — большая шестерня; 9 — малая шестерня; 10 — ось; 11 — пружинный противовес; 12 — кремальера; 13 — основание; 14 — шкала барометрического давления}

При уменьшении внешнего давления (с подъемом на высоту) анероидная коробка 1 расширяется и посредством тяги 3 поворачивает валик 5 с сектором 6. Сектор вращает трибку 7 с большой шестерней 8, сцепленной с малой шестерней 9. На оси малой шестерни 9 укреплена большая стрелка. Малая стрелка укреплена на полой оси 10, связанной с осью большой стрелки через прибор с передаточным числом 1:10. Механизм снабжен температурными компенсациями.

Для устранения ошибок, связанных с влиянием наклонов и вибраций, служит пружинный противовес 11, уравновешивающий анероидную коробку 1.

Для перевода стрелок служит кремальера 12, поворачивающая основание 13. Одновременно поворачивается шкала барометрического давления 14.

На шкале барометрического давления нанесены деления в диапазоне от 630 до 790 мм рт. ст.; цена деления равна 1 мм рт. ст.

Корпус высотомера делается герметичным, т. е. непроницаемым для воздуха. В задней части корпуса имеется штуцер, который при помощи трубопровода соединяется со статической камерой приемника воздушных давлений. Этим обеспечивается давление в корпусе, соответствующее атмосферному давлению на высоте полета.

Отсчет показаний высотомера. Точность отсчета показаний высотомера зависит от натренированности летчика в отсчетах высоты по прибору. Следует помнить, что отсчет производится вначале по большой стрелке в том случае, если малая стрелка не дошла по шкале от 0 до 1 (рис. 90). Отсчет показания по большой стрелке надо начинать с сотен метров и переходить на десятки метров. Одно большое деление при отсчете по большой стрелке равно 100 м, а малое деление 10 м.

Рис. 90. Отсчет высоты по большой стрелке

Пример. Между 0 и 1 десять малых делений, острый конец большой стрелки находится (от 0) на девятом делении, значит высотомер показывает высоту 90 м. Если малая стрелка находится между делениями 2 и 3, это значит, что высота полета больше 2000 м и меньше 3000 м. По длинной стрелке отсчитывают высоту до 1000 м. В данном примере длинная стрелка показывает высоту 600 м. Таким образом, высота полета, показываемая высотомером, равна 2600 м (рис. 91). Отсчет барометрического давления производится против индекса на шкале. В данном примере барометрическое давление равно 760 мм рт. ст.

Рис. 91. Отсчет высоты по малой и большой стрелкам

§ 34. ПЕРЕВОД СТРЕЛОК ВЫСОТОМЕРА И УСТАНОВКА БАРОМЕТРИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ НА ВЫСОТОМЕРЕ

Для того чтобы обеспечить безопасный выход на аэродром посадки и выполнение посадки, необходимо на высотомере устанавливать давление, равное давлению на аэродроме взлета (посадки).

Во время предполетного осмотра пилотажно-навигационного оборудования летчик обязан поставить обе стрелки высотомера (длинную и короткую) на «0» шкалы высотомера; при этом давление высотомера должно быть равно давлению атмосферы аэродрома взлета.

Установка стрелок высотомера в нулевое положение достигается поворотом кремальеры в соответствующую сторону до совпадения стрелок с «0» шкалы (рис. 92).

Рис. 92. Установка стрелок высотомера на «0» шкалы

После того как стрелки высотомера будут установлены на «0» шкалы, давление на шкале высотомера не должно расходиться с давлением аэродрома больше чем на 3 мм рт. ст.

Если давление высотомера больше или меньше на 3 мм давления аэродрома, то следует повернуть стопорную гайку кремальеры на несколько оборотов влево и освободить ее от стопорения продольного перемещения кремальеры (рис. 93).

Рис. 93. Установка давления на шкале высотомера

При оттягивании кремальеры на себя шестерни кремальеры расцепляются с промежуточной шестерней, что дает возможность вращаться одной шкале давления. Давление устанавливается против индекса на шкале, равное давлению аэродрома взлета.

После этого завертывают вправо до упора стопорную гайку кремальеры.

§ 35. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОШИБКИ БАРОМЕТРИЧЕСКИХ ВЫСОТОМЕРОВ

Методических ошибок у барометрических высотомеров насчитывается три:

— ошибка от изменения атмосферного давления;

— температурная методическая ошибка высотомера;

— ошибка, возникающая вследствие изменения рельефа местности.

Ошибка, возникающая вследствие изменения атмосферного давления, заключается в том, что чувствительный элемент высотомера реагирует на изменение атмосферного давления. Атмосферное давление у поверхности земли не всегда одинаково и меняется в среднем в пределах 730–790 мм рт. ст. В один и тот же момент времени в различных точках земного шара наблюдается различное атмосферное давление. Это обстоятельство имеет серьезное значение при полетах на большие расстояния.

Предположим, что перед летчиком поставлена задача совершить перелет из точки А в точку В на высоте 1000 м. В момент вылета давление у земли в точке А (аэродром взлета) было 760 мм рт. ст., а в точке В, находящейся от А на расстоянии нескольких сот километров, — 730 мм рт. ст. (рис. 94).

Рис. 94. Ошибка барометрического высотомера, возникающая при изменении давления у земли

Перед вылетом стрелку высотомера летчик установил на нуль, затем взлетел и набрал высоту 1000 м; атмосферное давление на этой высоте над аэродромом (точка А) равно 674,1 мм рт. ст. Заданную высоту 1000 м летчик выдерживает по высотомеру. Вследствие того, что давление атмосферы над пролетаемой местностью меньше давления аэродрома вылета, самолет фактически будет лететь не по горизонтальной линии, а с непрерывным постепенным снижением, т. е. по линии равного давления (674,1 мм рт. ст.).

Таким образом, при полете от высокого атмосферного давления на поверхности земли к низкому высотомер будет показывать высоту с завышенным показанием на величину барометрической поправки (ΔН_бар). При полете от низкого давления в сторону высокого прибор будет показывать высоту больше действительной на величину ΔН_бар, т. е. самолет будет лететь с набором высоты.

Величина ошибки H_бар будет тем больше, чем больше разница в температуре воздуха над пролетаемой местностью и в пункте вылета.

Во избежание ошибок летчик должен знать атмосферное давление над пролетаемой местностью и устанавливать его на высотомере. Это давление определяется по синоптическим картам или же запрашивается летчиком в полете по радио. Без учета возможных ошибок высотомера от понижения давления атмосферы в условиях плохой видимости может произойти столкновение самолета с землей.

Температурная методическая ошибка высотомера заключается в том, что температура по земной поверхности распространяется не равномерно: в один и тот же момент времени в различных точках на земле температура различна. Предположим, что летчику предстоит выполнить перелет из точки А в точку Б.

На рис. 95 видно, что температура над пролетаемой местностью не одинакова: в районе аэродрома взлета температура в точке А равна +15°, а в точке Б +30°.

Рис. 95. Температурная ошибка высотомера

Допустим, что в этих точках давление равно 760 мм рт. ст. Если самолет из точки А (аэродром вылета) перемещается в точку Б и летчик выдерживает заданную высоту по прибору 1000 м, то самолет будет лететь по наклонной линии с набором высоты.

Таким образом, если по маршруту полета температура воздуха у земли будет повышаться, самолет будет перемещаться по наклонной линии, все время набирая высоту. Если же по маршруту полета температура воздуха у земли будет понижаться, самолет будет перемещаться по наклонной линии, все время приближаясь к земле. Учет температурной методической ошибки производится с помощью навигационной линейки.

Ошибка, возникающая вследствие изменения рельефа местности. При полете над земной поверхностью, как известно, барометрический высотомер не учитывает рельефа местности. Высотомер всегда будет показывать одну и ту же высоту независимо от того, летит ли самолет над ровной местностью или над гористой.

Например, летчик, выполняя полет по маршруту из точки А (аэродром взлета), выдерживает заданную высоту полета 1000 м, но истинная высота самолета меняется. Когда самолет пролетает над местностью ниже уровня аэродрома взлета, истинная высота больше показания высотомера, и наоборот, когда самолет пролетает над местностью, превышающей уровень аэродрома взлета, истинная высота меньше показания высотомера (рис. 96).

Рис. 96. Ошибка показания высотомера при изменении рельефа местности

Отсюда становится очевидным, что для избежания столкновения самолета с землей при полете над гористой местностью необходимо учитывать высоту гор. Эта высота определяется по топографическим картам маршрута. Определенная по карте высота местности (ΔH_Р) должна вычитаться из показаний высотомера (H_пр — ΔH_Р).

Если самолет пролетает над местностью, расположенной ниже точки взлета, то для определения истинной высоты величину впадин ΔH_Р надо прибавлять к показанию высотомера (H_пр + ΔH_Р).

Инструментальные ошибки барометрических высотомеров. Кроме методических ошибок, высотомер имеет инструментальные, которые вызываются недостатками конструкции измерительного прибора и неточностью его изготовления из-за несовершенства технологического процесса. Инструментальные ошибки для соответствующих показаний высотомера определяются и заносятся в график поправок показаний высотомера.

Для определения величины инструментальных ошибок прибор периодически (через три месяца) проверяют на специальных установках. Величину инструментальных ошибок записывают, заносят в специальные графики и укрепляют их в кабине самолета.

Проверка высотомеров может быть лабораторная, когда высотомер снимают с самолета и проверяют на специальном приспособлении, или самолетной переносной установкой.

При помощи самолетного приспособления создается равное давление в герметическом корпусе проверяемого и эталонного высотомеров. Разность отсчетов показаний самолетного высотомера с эталонным позволяет определить инструментальную поправку проверяемого высотомера (рис. 97). Эти поправки и заносятся в график, который крепится на борту самолета.

Рис. 97. Схема приспособления для проверки высотомера на самолете:

_{1 — проверяемый высотомер; 2 — эталонный высотомер; 3 — форвакуумный баллон; 4 — ручной насос; 5 — клапаны; 6 — тройники; 7 — резиновые шланги; 8, 9 — зажимы}

Пользование графиком поправок высотомера в полете. Если высотомер показывает высоту полета без учета инструментальной ошибки, то такую высоту принято называть приборной высотой полета — H_пр. Для того чтобы исправить высоту на инструментальную ошибку прибора ΔH_пр, необходимо к показанию высотомера алгебраически прибавить инструментальную поправку, взятую из графика (рис. 98).

Например, высотомер показывает 1500 м, инструментальную ошибку находим в графике против высоты 1500 м, которая отсчитывается по внешней вертикальной колонке (вверх — с плюсом, вниз — с минусом). Ошибка прибора летчика для этой высоты равна плюс 90 м. Следовательно, исправленная высота на инструментальную поправку равна 1500 + 90 = 1590 м.

Рис. 98. График поправок высотомера

§ 36. НАВИГАЦИОННАЯ СЧЕТНАЯ ЛИНЕЙКА

Навигационная счетная линейка НЛ-8 представляет собой логарифмическую линейку, на которой нанесены шкалы для решения основных штурманских задач (рис. 99).

Рис. 99. Счетная навигационная линейка:

_{А — лицевая сторона; Б — обратная сторона; 1, 2, 3 и т. д. — шкалы линейки}

Линейка обеспечивает решение следующих задач:

— расчет путевой скорости по пройденному расстоянию и времени полета;

— расчет пройденного расстояния по путевой скорости и времени полета;

— расчет времени полета по расстоянию и путевой скорости;

— расчет поправки в курс по пройденному и оставшемуся расстоянию и боковому уклонению;

— расчет исправленной высоты полета по показанию высотомера;

— расчет исправленной воздушной скорости по показанию указателя воздушной скорости;

— расчет угла сноса и путевой скорости по воздушной скорости, скорости ветра и углу ветра;

— умножение и деление чисел на синус и тангенс;

— определение значений синуса и тангенса заданного угла;

— умножение и деление чисел;

— период скоростей, выраженных в км/час, в м/сек и обратно.

§ 37. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСТИННОЙ И ПРИБОРНОЙ ВЫСОТЫ ПОЛЕТА

Для определения истинной высоты полета прежде всего надо исправить показание высотомера на инструментальную поправку прибора (ΔH_пр).

H_бар = Н_пр + (±ΔH_пр)

По температуре воздуха на высоте полета определить на линейке относительную (исправленную) высоту полета по ключу (рис. 100). Затем прибавить поправку на топографический рельеф, если пролетаемая местность ниже аэродрома взлета, или вычесть, если местность выше.

Рис. 100. Ключ расчета относительной высоты на НЛ-8

Пример 1. Показание высотомера 1000 м, инструментальная поправка высотомера ΔH_пр — 30 м. Показание термометра на высоте +10°. Местность ниже аэродрома вылета на 200 м. Определить истинную высоту полета на НЛ-8.

Решения: 1. Показание высотомера исправляем на инструментальную поправку, получаем H’ = 1000 + (—30) = 970 м.

2. На шкале линейки «Для H» против высоты в км устанавливаем температуру на высоте + 10°.

Против исправленной на инструментальную поправку высоты H_бар на шкале «Высота и скорость по прибору» читаем относительную (исправленную) высоту: H_отн = 1000 м.

3. Полученную высоту исправляем на топографический рельеф, получаем истинную высоту полета. H_ист = 1000 + 200 = 1200 м.

Пример 2. H_пр = 2000 м, t_н = +15°, ΔH_пр находим в графике инструментальных поправок высотомера: +80 м.

Местность выше аэродрома на 450 м. Определить истинную высоту полета.

Решения: 1. Показание высотомера исправляем на инструментальную поправку, получим H’ = 2000 + (+80) = 2080 м.

2. На НЛ-8 определяем относительную (исправленную) высоту, читаем на шкале: H_отн = 2190 м.

3. Полученную высоту исправляем на топографический рельеф, получаем истинную высоту полета: Н_ист = 2 190–450 м = 1740 м.

Определение показания высотомера для полета на заданной (истинной) высоте полета производится в следующем порядке.

Прибавить поправку на топографический рельеф к заданной (истинной) высоте, если местность выше аэродрома, или вычесть поправку, если местность ниже аэродрома. Определить температуру воздуха на высоте полета, если она неизвестна, по вертикальному температурному градиенту (для лета 6°, а для зимы 4° на 1000 м высоты).

Определить высоту по прибору счетной линейкой. Учесть инструментальную поправку с обратным знаком.

Пример 1. Заданная истинная высота полета Н_ист = 1000 м. Местность выше аэродрома взлета на 300 м. Температура воздуха на высоте t_н = —10.

Инструментальная поправка высотомерa +80 м.

Определить показание высотомера для полета на заданной (истинной) высоте по НЛ-8 (рис. 101).

Рис. 101. Ключ расчета высоты по прибору по заданной (истинной) высоте на НЛ-8

Решения: 1. К заданной высоте прибавляем поправку на топографический рельеф, получаем: 1000 + 300 = 1300 м.

2. На шкале линейки «Температура на высоте для Н» находим деление, соответствующее температуре воздуха —10°, и совмещаем его с делением 1 на шкале «Высота в км для Н» (1 = 11000 м).

3. На шкале «Исправленная высота и скорость» находим деление 130, соответствующее высоте 1300 м, и против него на шкале «Высота и скорость по прибору» получаем высоту 1395 м.

4. Прибавляем инструментальную поправку высотомера с обратным знаком, получаем высоту по прибору.

Пример 2. Н_ист = 2000 м, местность ниже аэродрома на 100 м, t_н = —30°. Инструментальную поправку высотомера находим по графику для Н = 2000 м + 80 м.

Определить показание высотомера для полета на заданной высоте.

Решения: 1. К Н_ист алгебраически прибавляем поправку на рельеф, получаем: 2000 — 100 = 1900 м.

2. По НЛ-8 определяем высоту против Н_ист = 2000 м, ставим t_н = —30° и против высоты 1900 м читаем высоту 2150 м.

3. Прибавляем ΔH_пр с обратным знаком, получим высоту по прибору ΔH_пр = 2150 — (+ 80) = 2070 м.

§ 38. БЕЗОПАСНАЯ ВЫСОТА ПОЛЕТА

Безопасной высотой полета принято считать такое расстояние от самолета до земли, которое исключает всякую возможность столкновения самолета с землей или водной поверхностью и с препятствиями на ней при ограниченной видимости. Для этого рассчитывается безопасная высота полета.

Например, при полете по маршруту из пункта А (аэродром взлета) требуется определить безопасную высоту при соответствующих условиях полета (рис. 102).

Рис. 102. Заданная безопасная высота полета

Безопасная высота полета рассчитывается по формуле

H_без = H_{ист. без} + ΔH_р + ΔH_преп + ΔH_бар.

где H_без — безопасная высота полета (истинная);

ΔH_р — поправка на топографический рельеф относительно аэродрома;

ΔH_преп — высота искусственных препятствий, т. е. местных предметов в районе полета (башни, вышки, трубы и т. д.);

ΔH_бар — поправка на изменение барометрического давления; она равна на 1 мм рт. ст. 10 м высоты.

Если давление ниже, чем на аэродроме вылета, поправка имеет знак +, если выше — знак —;

H_{ист. без} — заданная истинная высота полета по маршруту.

Пример. Местность по маршруту выше аэродрома взлета ΔH_р = 250 м, высота препятствий в районе полета ΔH_преп = 50 м.

Барометрическое давление относительно аэродрома взлета ΔH_бар ниже на 10 мм. Заданная безопасная истинная высота полета 300 м, t_и = +50°. Инструментальная поправка высотомера ΔH_пр = 50 м. Определить безопасную высоту полета по приведенной выше формуле.

Решения: 1. H_без = 250 + 50 + 100 + 300 = 700 м.

2. Определяем показание высотомера на навигационной линейке, получаем 670 м.

3. Прибавляем инструментальную поправку с обратным знаком, получаем безопасную высоту показания высотомера:

ΔH_{пр. без} = 670 + 50 = 720 м.

Округляем в большую сторону. Таким образом, безопасную высоту полета по прибору летчик обязан держать не меньше 800 м.

§ 39. ОСМОТР ВЫСОТОМЕРА ПЕРЕД ПОЛЕТОМ

Перед полетом высотомер осматривается с целью определения годности и безотказности его эксплуатации в полете. В результате осмотра высотомера летчик должен убедиться в надежности крепления прибора к приборной доске, во внешней исправности высотомера, целости стекла, наличии стрелок и безотказности работы механизма кремальеры. Для этого следует поворотом кремальеры установить стрелки высотомера на нуль шкалы прибора, а если она стоит на нуле, то, вращая в любую сторону кремальеру, проследить за вращением стрелок и шкалы барометрического давления.

Шкала барометрического давления должна быть установлена на давление, равное давлению атмосферы аэродрома; при этом стрелки высотомера должны находиться в нулевом положении шкалы. Если стрелки не совпадут с нулем шкалы, то следует поступать, как было сказано выше.

§ 40. БОРТОВОЙ ТЕРМОМЕТР НАРУЖНОГО ВОЗДУХА

Бортовой термометр наружного воздуха позволяет измерять температуру для целей расчета истинной воздушной скорости и высоты полета и контроля режима работы винтомоторной группы.

Принцип действия прибора основан на закручивании или раскручивании биметаллической ленты при изменении температуры воздуха (рис. 103).

Рис. 103. Биметаллический термометр наружного воздуха ТНВ-45:

_{1 — биметаллическая цилиндрическая спираль; 2 — ось указательной стрелки; 3 — стрелка; 4 — неподвижная втулка, к которой приварен неподвижный конец биметаллической спирали; 5 — корпус теплочувствительного элемента; 6 — втулка, предохраняющая ось 2 от прогиба; 7 — циферблат (может быть повернут вокруг втулки 8 для установки шкалы на нуль); 8 — втулка; 9 — пружинящее кольцо крепления циферблата; 10 — стекло}

Угол поворота биметаллической ленты передается стрелке прибора, которая указывает температуру в градусах Цельсия. Шкала прибора оцифрована от +50° до —60 °C. При скорости самолета свыше 300 км/’час требуется вводить поправку (вычитать) к показанию термометра, так как приемник воздушного термометра помещен в воздушном потоке, вследствие чего происходят сжатие воздуха перед приемником и повышение температуры за счет сжатия.

Нагреванию приемника способствует также трение воздуха о поверхность приемника. Практически при скоростях 300–500 км/час поправка равна —4°.

Показание температуры наружного воздуха на высоте полета летчику важно знать для того, чтобы предотвратить обледенение самолета, которое бывает наиболее опасным при температуре воздуха от 0 до —6°.

Источник