Принцип работы барометрического высотомера. Правила установки давления. Высотомеры для измерения деревьев

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.

Двухстрелочный высотомер ВД-10 (рис. 67) предназначен для измерения высоты полета само­лета относительно уровня той изобарической поверхности, атмос­ферное давление которой установлено на барометрической шкале. Принцип действия высотомера основан на измерении атмосферного давления с поднятием на высоту с помощью блока анероидных ко­робок.

Знание высоты полета необходимо экипажу для определения высоты полета над пролетаемой местностью, для предотвращения столкновения самолета с земной поверхностью, для контроля за выдерживанием высоты при ее наборе или снижении, выдерживание заданного эшелона полета по трассе, а также для решения некоторых навигационных задач.

Высотомеры ВД-10 установлены на левой и средней панелях приборной доски. Питаются высотомеры статическим давлением от приемников воздушного давления ПВД-7 системы питания анероидно-мембранных приборов.

Устройство и работа. Высотомер ВД-10 (рис. 68) состоит из гер­метичного корпуса, в который подается статическое давление воз­духа, окружающего самолет. Полость корпуса соединена при помо­щи трубопровода с приемниками статического давления, располо­женными между шпангоутами № 9-10 на правом и левом бортах. Чувствительным элементом прибора является блок анероидных коробок, состоящих из гофрированных мембран, изготовленных из фосфористой бронзы. Воздух из коробок выкачан до остаточного давления 0,15÷0,2 мм рт. ст. У земли анероидные коробки 18 на­ходятся в наиболее сжатом состоянии. При этом сила упругости мембран уравновешивает силу атмосферного давления.

При подъеме на высоту атмосферное давление уменьшается, анероидные коробки расширяются и через передающий механизм воздействуют на стрелки высотомера, которые по шкале показы­вают высоту полета самолета.

На лицевой стороне прибора расположены два подвижных тре­угольных индекса 4 и 5, указывающие высоту, соответствующую изменению барометрического давления относительно давления 760 мм рт. ст. Внешний индекс 5 указывает высоту в метрах, а внут­ренний 4 - в километрах. Треугольные индексы используются для взлета и посадки самолета на высокогорном аэродроме, где давле­ние меньше 670 мм рт. ст. Кремальера 24 служит для установки стрелок прибора в нулевое положение перед вылетом, а также для внесения поправок на изменение барометрического давления в месте взлета или посадки. При вращении кремальеры одновременно переводятся стрелки прибора и шкала барометриче­ского давления.

Для согласования показаний баро­метрической шкалы с нулевым положе­нием стрелок и положением индексов в высотомере предусмотрена возмож­ность вращения при помощи кремалье­ры только одной барометрической шка­лы. Для этого надо отвернуть контргайку на кремальере, потянуть кремалье­ру на себя и с ее помощью, вращая ба­рометрическую шкалу в любую сто­рону от 670 до 790 мм рт. ст, ввести соответствующую поправку (эту опера­цию выполняет техник по прибо­рам).

Шкала 25 барометрического давле­ния от 670 до 790 мм рт. ст имеет оцифровку через 5 мм рт. ст, цена деления 1 мм рт. ст. Шкала дает возможность вносить поправ­ку в показания высотомера, когда давление в месте посадки не сов­падает с давлением у земли в момент вылета.

Шкала 3 высот отградуирована для узкой стрелки от 0 до 1000 м с оцифровкой через 100 м и с ценой деления 10 м.

Для широкой стрелки используется та же шкала от 0 до 10 000 м с оцифровкой через 1000 м и с ценой деления 100 м.

Высотомер работает следующим образом. У земли апероидные коробки находятся в наиболее сжатом состоянии и стрелки прибора показывают нуль высоты. С поднятием самолета на высоту атмос­ферное давление внутри корпуса прибора уменьшается, анероидные коробки расширяются и через передающий механизм свое движе­ние передают на стрелки, которые показывают высоту полета само­лета относительно той поверхности, давление которой установлено на барометрической шкале.

При снижении самолета атмосферное давление внутри корпуса прибора увеличивается, анероидные коробки сжимаются и возвра­щают стрелки на нулевую отметку шкалы.

Ошибки высотомера ВД-10 подразделяются на три основных вида: инструментальные, аэродинамические и методические.

Инструментальные ошибки высотомера возникают от неточности изготовления прибора, его сборки и регулировки. В про­цессе эксплуатации прибора возникают люфты, трения, нарушает­ся герметичность корпуса и т. д. Все это приводит к неправильному замеру высоты полета. Эти ошибки определяются в лаборатории, затем суммируются с аэродинамическими ошибками и заносятся в таблицу эшелонов.

Аэродинамические ошибки возникают за счет завихре­ния и уплотнения перед приемниками статического давления, встреч ного потока воздуха, что приводит к искажению статического давления. При этом давление, воспринимаемое статическими прием­никами, будет отличаться от статического (атмосферного), что при­водит к ошибкам при изменении высоты полета. Эти ошибки опреде­ляются при испытании самолета, затем суммируются с инструмен­тальными ошибками и сводятся в таблицу эшелонов.

При наборе высоты в горизонтальном полете и снижении само­лета суммарная поправка учитывается экипажем по таблице эшело­нов, установленной в кабине пилотов. При переходе на новый эше­лон полета необходимо занять новую высоту, соответствующую показанию высотомера и указанную в таблице.

Методические ошибки возникают вследствие несовпаде­ния расчетных данных, положенных в основу тарировки шкалы прибора, с фактическим состоянием атмосферы. В связи с тем, что расчет и тарировка шкалы прибора производится согласно стан­дартным данным, т. е. при p 0 = 760 мм рт. ст, температура t o = + 15° С, температурный вертикальный градиент t гр = 6,5° на 1000 м высоты, а на практике таких данных не встречается, то вы­сотомер имеет три методические ошибки, которые легко учитывают­ся в полете.

1. Ошибка, возникающая за счет изменения атмосферного дав­ления на аэродроме вылета, по маршруту и в пункте посадки. Учи­тывается перед взлетом-установкой давления аэродрома вылета; перед посадкой -установкой на барометрической шкале высотоме­ра давления аэродрома посадки; при определении высот - путем учета поправки на изменение атмосферного давления.

2. Ошибка от изменения температуры воздуха; особенно опасна при полетах на малых высотах и в горных районах в холодное вре­мя года. При температурах у земли ниже +15° С высотомер будет завышать высоту, а при температурах выше +15° С занижать по­казания высоты. Методическая температурная ошибка учитывает­ся на линейке НЛ-10М.

3. Ошибка, возникающая за счет изменения рельефа пролетаемой местности. При полете над земной поверхностью барометрические высотомеры не учитывают рельефа пролетаемой местности, а пока­зывают высоту относительно уровня той изобарической поверхности, давление которой установлено на барометрической шкале. Следо­вательно, чтобы избежать катастрофы при полете над горной мест­ностью необходимо учитывать высоту гор. Высота рельефа пролетае­мой местности определяется по карте. При расчете истинной высоты поправка на рельеф алгебраически вычитается из абсолютной вы­соты полета, а при расчете приборной высоты прибавляется.

Предполетный осмотр и пользование высотомером в полете. Пе­ред полетом необходимо осмотреть высотомеры, обращая внимание на целость стекла, окраску и крепления прибора. Убедиться в на­личии таблиц эшелонов в кассетах командира корабля и второго пилота, а также в совпадении номеров высотомеров, установленных на приборной доске, с номерами, указанными в таблице эшелонов. При осмотре убедиться, что контргайка кремальеры опломбирована. Кремальерой установить стрелки прибора на

Рис. 68. Кинематическая схема высотомера ВД-10:

1 - стрелка, показывающая высоту в километрах; 2 - стрелка, показывающая высоту в метрах; 3 - шкала; 4, 5 - индексы; 6, 7, 22 и 23 - зубчатые колеса; 8 - трибка; 9 - сектор; 10 - компенсатор второго рода; 11 - вилка; 12 - ось сектора; 13, 15 - вилки; 14, 16 - тяги; 17 - компенсатор 1-го рода; 18 - блок анероидных коробок; 19 - подвижный центр; 20 - зубчатое колесо; 21 - трибка; 24 - кремаль­ера; 25 - барометрическая шкала.

нуль высоты, и сличить показания давления на шкалах приборов с давлением на аэродроме, полученным с метеостанции.

Расхождение показаний не должно превышать более 1,5 мм рт. ст. Высотомер, имеющий расхождение, превышающее 1,5 мм рт. ст. и с расконтренной гайкой кремальеры подлежит снятию с самолета. Вылет самолета с таким высотомером не допускается. Вращая кре­мальеру, установить давление 760 мм рт. ст. При этом подвижные индексы должны установиться на нулевой отметке шкалы. Допусти­мое отклонение от нулевой отметки ± 10 м. Если подвижные индек­сы отклонились более чем на ± 10 м, прибор необходимо заменить.

Перед взлетом установить при помощи кремальеры стрелки вы­сотомеров на нуль. При этом давление аэродрома должно совпа­дать с давлением на барометрической шкале, а подвижные треугольные индексы должны показывать высоту относительно давления 760 мм рт.ст.

После взлета и пересечения высоты перехода установить на шка­лах высотомеров давление 760 мм рт. ст. По давлению 760 мм рт. ст. и таблице эшелонов набирается заданный эшелон. Высоту заданноного эшелона выдерживать согласно таблице, установленной в ка­бине экипажа.

При посадке необходимо установить давление аэродрома при пересечении высоты эшелона перехода, указываемого диспетчером, разрешающим заход на посадку.

На самолетах, вылетающих по правилам визуальных полетов (ПВП) ниже нижнего эшелона, шкалы давлений высотомеров уста­навливаются на минимальное атмосферное давление по маршруту (участку) полета, приведенному к уровню моря, при выходе само­лета из круга аэродрома взлета.

При посадке по правилам ПВП ниже нижнего эшелона необхо­димо установить давление аэродрома посадки при входе самолета в круг аэродрома посадки, а затем совершать посадку.

При пользовании высотомером перевод стрелок вручную при по­мощи кремальеры разрешается до отметки 5000 м с обязательным возвратом в исходное положение их в обратном направлении, так как из-за конструктивных особенностей прибора перевод стрелок на 10 000 м приводит к рассогласованию в показаниях барометри­ческой шкалы, стрелок и индексов.

47. Комбинированный указатель скорости КУС-73/1100

Назначение и принцип действия. Комбинированный указатель скорости КУС-730/1100 (рис. 69) предназначен для измерения при­борной скорости от 50 до 730 км/ч и истинной воздушной скорости от 400 до 1100 км/ч.

Принцип действия КУС-730/1100 основан на изме­рении скоростного напора встречного потока воздуха с автоматическим введением по­правки на плотность и сжимае­мость воздуха с поднятием на высоту.

В полете приборная ско­рость используется для пилоти­рования самолета, истинная воздушная скорость - для це­лей самолетовождения. Знание летчиком приборной скорости дает возможность правильно пилотировать самолет в воздухе, так как полет самолета ниже ми­нимальной скорости приводит к падению самолета. Увеличение ско­рости полета сверх допустимой приводит к разрушению самолета.

Показания приборной скорости используются пилотами для вы­держивания скоростей при взлете, для выдерживания заданного режима скорости по маршруту, при маневрировании и планирова­нии в районе аэродрома и при посадке.

Показание истинной воздушной скорости полета необходимо штурману для выполнения различных навигационных расчетов.

КУС-730/1100 установлены на левой и средней панелях прибор­ной доски.

Питаются указатели скорости статическим и полным давлением от приемников воздушного давления ПВД-7 системы питания анероидно-мембранных приборов.

Устройство и работа. Комбинированный указатель скорости со­стоит из герметичного корпуса, на лицевой стороне которого нане­сены две шкалы: внутренняя и внешняя.

Внутренняя шкала - шкала истинной воздушной скорости от­градуирована от 400 до 1100 км/ч с оцифровкой через 100 км/ч и ценой деления 10 км/ч. Внешняя - шкала приборной скорости - от 50 до 750 км/ч с оцифровкой через 100км/ч и ценой деления 10 км/ч.

С обратной стороны корпус имеет два штуцера: динамический, обозначенный буквой «Д», который соединяется с камерой прием­ника полного давления ПВД-7, и статический, обозначенный бук­вой «С», соединен со статической камерой приемника ПВД-7.

Для измерения приборной и истинной воздушной скорости в корпусе прибора смонтированы два механизма, работающие от од­ного чувствительного элемента - манометрической коробки.

Механизм приборной скорости (рис. 70) состоит из манометри­ческой коробки 22, имеющей две гофрированные мембраны. Внут­ренняя полость манометрической коробки соединена трубопроводом с динамическим штуцером приемника воздушного давления. При подаче давления в манометрическую коробку верхний центр 23 ко­робки перемещается и через передающий механизм воздействует на широкую стрелку 2, которая по внешней шкале показывает при­борную скорость.

Механизм истинной воздушной скорости состоит из анероидной коробки 20, тяги 19, оси 16, тяги 15, поводков 10, 11, 12, оси 28, сек­тора 27 и узкой стрелки 5, которая по внутренней шкале показыва­ет приближенную истинную воздушную скорость.

Указатель скорости работает следующим образом. При движени самолета относительно воздуха полное давление встречного по­тока воздуха, воспринимаемое приемником ПВД-7, передается во внутреннюю полость манометрической коробки, а в герметичный корпус прибора - статическое давление. Под действием скоростно­го напора (динамического давления) верхний центр 23 (см. рис. 70) манометрической коробки перемещается. Перемещение верхнего центра чувствительного элемента прибора преобразуется при помощи передаточного механизма во вращательное движение стрелки прибора, указывающей по внешней шкале приборную скорость.

Одновременно перемещение (движение) чувствительного эле­мента прибора передается на механизм истинной воздушной скорости.

Скорость вращения (при полете у земли) оси сектора 4 меха­низма приборной скорости и оси сектора 27 механизма истинной воздушной скорости одинакова. Следовательно, показания стрелок будут также одинаковы.

С изменением высоты полета изменяется статическое давление в корпусе прибора. Под действием статического давления анероидная коробка прогибается и перемещает свой верхний центр 21, ко­торый через систему передач дополнительно поворачивает узкую стрелку, указывающую приближенную истинную воздушную ско­рость. Ошибка на сжимаемость воздуха для узкой стрелки учиты­вается автоматически градуировкой шкалы. Таким образом с под­нятием на высоту показания узкой стрелки будут больше показа­ний широкой стрелки на величину плотности и сжимаемости воздуха.

Ошибки указателя скорости КУС-730/1100 подразделяются на три группы: инструментальные, аэродинамические и методические.

Инструментальные ошибки указателя скорости возни­кают по тем же причинам и аналогичны инструментальным ошиб­кам высотомера ВД-10. Они определяются в лаборатории путем сличения показаний проверяемого указателя скорости с эталонным прибором. Результаты проверки, не выходящие из пределов допус­ков, наносят на график (таблицу), который устанавливается в ка­бине самолета. Инструментальные ошибки учитываются в полете по графику или таблице.

Аэродинамические ошибки возникают вследствие ис­кажения воздушного потока перед приемниками воздушного давле­ния. Как показывает опыт, невозможно установить приемник в та­ком месте самолета, где он находился бы в неискаженном потоке воздуха. Следовательно, приемники воздушных давлений воспри­нимают скоростной напор, искаженный влиянием самолета. Вслед­ствие этого исправный указатель скорости в полете не точно изме­ряет скорость движения самолета относительно воздуха.

Аэродинамические ошибки определяются на заводе-изготовите­ле самолета и заносятся в специальный график или таблицу попра­вок. Учитываются эти ошибки в полете по специальному графику или таблице для обеих стрелок.

Методические ошибки возникают из-за несовпадения действительной плотности воздуха с расчетной, принятой при расче­те шкалы указателя скорости, а также вследствие сжимаемости встречного потока воздуха.

Шкала указателя воздушной скорости тарируется согласно стан­дартной плотности воздуха, равной 0,125 кг-с/м 4 при давлении 760 мм рт. ст. и температуре +15° С. При подъеме на высоту плот­ность воздуха уменьшается. Следовательно, на высоте скоростной напор будет меньше и прибор покажет скорость меньше действи­тельной воздушной скорости полета самолета.

Кроме того, плотность воздуха также зависит от температуры. Если температура воздуха увеличивается, то плотность воздуха уменьшается. Из сказанного следует, что при увеличении температу­ры воздуха прибор будет занижать скорость, а при температурах ниже +15° С - завышать показания воздушной скорости.

Во всех случаях, когда плотность и температура воздуха отли­чаются от расчетных данных, показания прибора не будут равны истинной воздушной скорости. Эта методическая ошибка для широ­кой стрелки учитывается на линейке НЛ-10М, а для узкой стрелки частично - с помощью анероидной коробки. Кроме того, ошибка за счет изменения плотности воздуха может быть учтена путем при­ближенного вычисления в уме.

Ошибки указателя скорости на сжимаемость встречного потока воздуха возникают вследствие сжимаемости воздуха впереди само­лета. Летящий самолет оказывает давление на воздушные массы воздуха, сжимая его. При этом плотность воздуха увеличивается, что вызывает увеличение скоростного напора и, следовательно, за­вышение показаний указателя скорости.

При полете на скоростях менее 400 км/ч ошибки на сжимаемость встречного потока воздуха незначительные и ими пренебрегают. При скоростях, больших 400 км/ч, особенно на больших высотах, ошибки достигают значительных величин и поэтому их необходимо учитывать при расчете скоростей.

Ошибки на сжимаемость встречного потока воздуха учитыва­ются по таблице только для широкой стрелки.

Предполетный осмотр и пользование указателем скорости в по­лете. Внешним осмотром необходимо убедиться, что видимых де­фектов нет, обращая внимание на целость стекла, корпуса, окраску шкалы и стрелок, а также крепления прибора к приборной доске. Краны переключения статики и динамики на горизонтальном пуль­те левого летчика и кран статики на вертикальном пульте правого летчика должны находиться в положении «Основная» и законтрены. При осмотре стрелки указателей должны быть в исходном положе­нии. Убедиться, что таблицы инструментальных ошибок находятся у рабочего- места летчиков, а также сняты заглушки с приемников статического давления и чехлы с приемников ПВД-7 и ППД-1. После чего проверить исправность электрической цепи обогрева приемников статического давления, а также приемников ПВД-7 и ППД-1.

При определении в полете истинной воздушной скорости по ши­рокой стрелке КУС-730/1100 необходимо в показание прибора вво­дить пять поправок: инструментальную, аэродинамическую, на из­менение плотности воздуха, температурную и на сжимаемость воз­духа. Инструментальную поправку определяют по таблице, которая находится в кабине экипажа. Аэродинамическую поправку берут из формуляра самолета или определяют по таблице. Поправка на изменение плотности и температуры воздуха вводится при помощи навигационной линейки НЛ-10М. Поправку на сжимаемость воздуха определяют по таблице.

Рис. 71. Приемник воздушных давлений ПВД-7

Чтобы в полете определить истинную воздушную скорость по узкой стрелке, необходимо в показание узкой стрелки ввести три поправки: температурную, инструментальную и аэродинамическую.

Барометрический высотомер

Барометрический высотомер предназначен для определения барометрической высоты или относительной высоты полёта . Принцип действия барометрического высотомера основан на измерении давления атмосферы. Известно, что с увеличением высоты уменьшается и текущее атмосферное давление. Данный принцип положен в основу прибора, который на самом деле измеряет не высоту , а давление воздуха. Конструктивно прибор состоит из запаянной коробочки с мембраной, изменение положения которой механически связано со стрелками, перемещающимися вокруг шкалы, проградуированной в цифрах. На машинах со сравнительно низким практическим потолком (на Ан-2 и большинстве других поршневых самолётов, на вертолётах) установлен двустрелочный высотомер ВД-10 или аналогичный зарубежный, подобный обычным часам - только циферблат разделён не на 12, а на 10 секторов, каждый сектор для большой стрелки означает 100 м, а для маленькой - 1000 м.

Аналогичный по конструкции высотомер ВД-20 (высотомер двустрелочный на высоту до 20 км), установленный, например, на Ту-134 , имеет отдельную градуировку циферблата для короткой стрелки до 20 км. Примечательно, что данная конструкция стала де-факто международным стандартом. Другие высотомеры, например, УВИД-15, имеют лишь длинную стрелку (один оборот за 1000 м или 1000 фт высоты), а полная высота отображается цифрами в окне. Точность измерения барометрических высотомеров (допустимая погрешность измерений) определяется действующими стандартами и лежит, как правило, в пределах до 10 м.

Высота полёта воздушного судна над земной (либо водной) поверхностью вычисляется как разность давлений между точкой нахождения прибора и давлением воздуха на поверхности, высоту до которой необходимо измерить. Атмосферное давление на поверхности (как правило, в районе аэродромов посадки, горных массивов либо крупных опасных препятствий) сообщается экипажу наземными службами. Для правильного отображения высоты полёта на приборе необходимо вручную установить величину атмосферного давления на земле (или давление, приведённое к уровню моря). Неправильная установка экипажем такого давления при полётах с нулевой видимостью не раз становилась причиной авиакатастроф.

Нужно отметить, что в авиации могут применяться несколько вариантов установки давления барометрического высотомера. В России и некоторых странах СНГ при полетах ниже эшелона перехода (ниже нижнего эшелона) принято устанавливать давление аэродрома (при заходе на посадку и вылете) или минимальное давление на маршруте, приведённое к уровню моря (при полетах по маршруту). В большинстве стран мира ниже нижнего эшелона отсчет высоты выполняют по давлению, приведенному к уровню моря.

Для полётов по воздушным трассам (выше высоты перехода) в авиации используется понятие эшелон , то есть условная высота, измеренная до изобары (условной линии постоянного давления) 760 мм рт. ст. , она же 1013 мбар (гПа) или 29,92 дюйма рт. ст. Установка на всех воздушных линиях всеми без исключения воздушными судами одинакового давления на барометрических высотомерах создаёт единую для всех систему отсчёта, позволяющую осуществлять безопасное воздушное движение. Снижение воздушного судна на посадку без достоверной информации об атмосферном давлении в районе аэродрома категорически запрещается .

Гамма-лучевой высотомер

В конструкции высотомера используется источник гамма-излучения (обычно - изотопы 60 Со , 137 Сs). Приёмник фиксирует обратное фотонное излучение, отражённое от объектов подстилающей поверхности. ГЛВ обладают высокой точностью, устойчивы к воздействию различного рода помех, влияющих на точность измерений. Гамма-лучевые высотомеры используются на малых высотах (метры, десятки метров от поверхности). Основное применение - системы мягкой посадки космических кораблей. В частности, в КК «Союз» гамма-лучевой высотомер (шифр изделия «Кактус») установлен у днища спускаемого аппарата, и место его установки маркировано знаком радиационной опасности.

Заключение

Измерение высоты полёта воздушного судна - чрезвычайно важная и ответственная задача, связанная с обеспечением безопасности полётов. При этом подход к исполнению данной задачи должен быть комплексным, применяющим все известные способы определения истинного положения воздушного судна в пространстве. По этой причине на современных воздушных судах применяются все вышеперечисленные приборы, а экипажи проходят профессиональную подготовку для их грамотного совместного использования. Отказ хотя бы одного прибора, измеряющего высоту полёта, в авиации считается особым случаем и расценивается соответствующими службами как предпосылка к лётному происшествию .

Примечания

См. также

Литература

• Оборудование самолётов. Волкоедов А. П., Паленый Э. Г., М., Машиностроение, 1980 г.
• Радиооборудование самолётов Ту-134 и Ту-134А и его лётная эксплуатация. Кучумова И. П., М., Машиностроение, 1978 г.

Ссылки

Начиная со второй половины 60-х в Советском Союзе была довольно популярна песня, написанная Александрой Пахмутовой и Николаем Добронравовым и называвшаяся «Обнимая небо…». Исполнял ее тогда замечательный певец Юрий Гуляев. Многие люди старшего поколения (особенно из авиационной среды) эту песню помнят и любят.

Хорошая такая, задушевная мелодия:-). Но дело, вобщем-то, сейчас не в ней. А вспомнил я ее потому, что когда думал о теме новой статьи, в голове проскочила ассоциация с интересными словами из текста этой песни: «Есть одна у лётчика мечта — высота, высота.»

Вот эти-то слова меня, можно сказать, и зацепили:-). Сайт существует уже больше года, пишутся статьи, говорили мы о скорости полета уже неоднократно, low pass даже вспомнили, а о таком (любому понятно:-)) важнейшем параметре, как высота полета самолета почему-то забыли.

Вернее не забыли, а забыл, потому что вопрос «почему» должен, конечно, адресовываться ко мне:-). Вот не знаю… Упустил из виду и все…. Однако сейчас мы этот пробел быстренько восполним.

Не знаю, что там за мечта у летчика из песни на самом деле, но без высоты полета не бывает. Как известно, «рожденный летать ползать не может» 🙂 (помните летчика Крошкина из фильма «Беспокойное хозяйство», переиначившего знаменитую фразу горьковской «Песни о соколе»?).

Итак, высота полета самолета , и как ее измеряют… Ну, что такое высота в данном случае, я думаю, не вопрос:-). Любой скажет, что это расстояние по вертикали от летящего самолета до точки на земной поверхности, выбранной за нулевую (точку отсчета) . Некоторый вопрос заключается в том, что это за точка.

Сам принцип измерения высотыс развитием авиации совершенствовался (что естественно:-)), и сейчас способов измерения существует несколько. Когда-то давно в морском деле существовал такой измерительный инструмент, как лот . По сути дела простая веревка с грузом на конце, по длине которой можно было судить о глубине места (нечто схожее с высотой:-)). Лот уже давно превратился в эхолот .

Понятно, что для воздушных путешествий веревка, как измерительный инструмент, так сказать, малоприемлема:-). Однако способ измерения, возникший на заре развития авиации (история которой гораздо короче истории морского флота), существует и по сей день. Этот способ барометрический .

Основан он на естественном явлении падения атмосферного давления с высотой. Падает оно в соответствии с условным распределением давления, температуры и плотности воздуха в атмосфере. Это распределение называется Международной стандартной атмосферой (МСА или ISA в английском).

Остается только, учитывая закономерности этого явления, отобразить его визуально, то есть, например, в виде указательной стрелки, перемещающейся по шкале, проградуированной в единицах высоты (метры или футы), и готов прибор, показывающий высоту полета самолета - высотомер . Второе его название – альтиметр (в латинском altus — высоко), используемое чаще за рубежом, а у нас почему-то считающееся устаревшим.

В принципе высотомер был готов еще в 1843 году, когда французский ученый Люсьен Види (Lucien Vidie ) изобрел всем известный барометр-анероид . Тогда, конечно, вряд ли кто задумывался о его применении в авиации. Но когда самолеты начали летать, как говорится, в полную силу, он оказался как нельзя кстати. Ведь ртутный барометр (имеющий еще более почтенный возраст) с собой в кабину не возьмешь:-).

Он хоть и более точен, но, понятно, для летательного аппарата (за исключением, быть может, воздушного шара) громоздок и неудобен. А вот компактный и чувствительный анероид вполне подходит, несмотря на определенные ошибки в измерениях.

Ошибок на самом деле хватает, как впрочем у любого аналогового прибора. Есть инструментальные из-за несовершенства изготовления прибора, есть аэродинамические из-за неточности измерения давления, особенно на высоте, есть и методические из-за того, что прибор не может, естественно, находясь на высоте в полете, учитывать изменения давления у земли, а также изменение температуры у земли, которая влияет (и ощутимо) на величину давления. Однако все эти ошибки уже давно научились учитывать.

Высотомер - это есть, по сути своей, барометр-анероид. Атмосферное давление подводится к его герметичному корпусу от , а в самом приборе чувствительная анероидная коробка, деформируясь, реагирует на его изменения, передавая эту свою реакцию через специальную кинематическую систему (ее еще называют передаточно-множительный механизм ) на указательную стрелку, двигающуюся по шкале, что и видит экипаж в кабине летательного аппарата.

Схема высотомера ВД-20.

Все барометрические высотомеры (как наши, так и зарубежные) имеют принципиально одинаковую конструкцию, но разных вариаций хватает 🙂 в зависимости от типа воздушного судна, порядка использования и дополнительных функций.

Первые высотомеры , использовавшиеся на старых самолетах оказались не очень-то удобны для визуального использования. Их лицевая панель была очень похожа на современные автомобильные спидометры . Стрелка была одна с пределом измерения от 0 до 1000. Причем полный круг она не описывала (как стрелка скорости у автомобильного спидометра).

А под этой стрелкой находились окошки с цифрами в них, в точности, как у автомобильного одометра , только показывали они, естественно, не пройденное расстояние, а тысячи футов (метров) высоты. То есть летчик по стрелке определял десятки и сотни метров высоты, а по цифровым окошкам тысячи.

Обычные барометрические указатели высоты полета самолета (высотомеры ) все двухстрелочные (встречаются и трехстрелочные). Их циферблат похож на циферблат часов, только количество цифровых секторов не двенадцать, а десять. Длинная стрелка (минутная:-)) делает один оборот при изменении высоты на 1000 м, при этом короткая (часовая:-)) перемещается только на один цифровой сектор.

То есть малая стрелка отсчитывает километры высоты (то есть, по сути дела, полную высоту), а большая – метры, причем эти стрелки могут работать как на одной шкале, так и каждая на своей.

Высотомер ВД-10.

Пределы измерения у приборов могут быть различны. Например, высотомеры ВД-10 , ВД-17 измеряют высоты до 10-ти тысяч метров и устанавливаются в основном на самолеты, максимальная высота полета которых не очень велика. А такие, как например ВД-20 (стоит на ТУ-134 , ТУ-154 ), ВД-28 (стоит на МИГ-29 ), ВДИ-30 (стоит на МИГ-23) имеют пределы измерения большие, соответствующие цифрам в их наименовании. То есть 20, 28 и 30 км высоты соответственно. Буквы во всех их названиях означают «высотомер двухстрелочный ».

Высотомер ВД-28.

Высотомер ВД-28.

Бывают и однострелочные, когда в наличии только одна, большая стрелка, но тогда на циферблате обязательно есть окошко в котором полная высота представлена цифрами (подобно вышеописанным старым высотомерам, но в более удобном виде:-)). Таков, например, высотомер УВИД-15(Ф) . Буква Ф означает «футовый». Это связано с тем, что высота в России и некоторых других странах из меряется в метрах, а во стальном мире в футах (1 фут равен 0,3048 м). Поэтому и приборы могут быт градуированы в метрах или в футах.

Или вот еще один высотомер, не наш, западный. Марки не знаю, но это и неважно. Важно другое. На нем, как вы видите аж три окошка с цифрами.

Альтиметр с окошками Колсманна.

Окошки эти (точнее два нижних) называют окнами Колсманна по имени американского изобретателя Пауля Колсманна (Paul Kolsmann , эмигрировал в Америку из Германии в 1923 году:-)), занимавшегося авиационными приборами. Он-то как раз эти окна и придумал. Для чего?

На самом деле – это очень важная вещь в деле контроля высоты полета самолета , и на каждом высотомере есть как минимум одно окно Колсманна. Кроме того все эти приборы имеют специальную кремальеру , кинематически связанную со шкалой, которая видна в этом окне. Шкала эта подвижна и на ней нанесены цифры, представляющие собой величину атмосферного давления.

Это давление может быть представлено на приборах в различных единицах измерения. В России используются миллиметры ртутного столба, в Америке и Канаде та же величина в дюймах (inch-ах , один дюйм (inch) равен 2,54 см), в Европе и других странах – в гектопаскалях (или миллибарах, что то же самое:-)).

В том «западном» высотомере это давление показано для удобства сразу в двух окошках (Колсманна). В левом в гектопаскалях, в правом в дюймах.

Для любого измерительного прибора, чтобы он осуществлял свои функции, требуется наличие нуля, точки отсчета . Для высотомера , соответственно, тоже должна быть какая-то начальная (нулевая) высота. А так как прибор барометрический , то эта высота должна соответствовать определенному начальному давлению, например, давлению того места откуда начинается полет. Вот это самое начальное давление как раз и устанавливается на высотомере в окошке Колсманна.

Хотя на самом деле таких «начальных давлений» в практике полетов существует несколько. Поэтому и определений высот полета самолета тоже несколько. Первая – это, пожалуй, истинная высота Н ист. . Это реальная высота полета, отсчитываемая от точки поверхности местности, над которой в данный момент пролетает самолет. Международное обозначение AGL (Above Ground Level).

Высотомер , как барометрический прибор, не меряет реальную высоту непосредственно. Он делает это косвенно, измеряя разность давлений между начальным давлением и давлением на той высоте, на которой он находится. Получаем так называемую барометрическую высоту. Она может довольно сильно отличаться от реальной высоты AGL. Все зависит от величины давления, установленной на высотомере.

Виды высот полета самолета.

Далее высота относительная Н отн. . Она отсчитывается от некоего условного уровня, обычно от уровня аэродрома, с которого взлетает (или на который садится) самолет. В международном обозначении эта высота — height и ей соответствует давление QFE (Q -code F ield E levation), то есть давление на уровне порога ВПП.

Еще одна высота это абсолютная Н абс . . Это высота полета самолета, отсчитываемая от условного (среднего) уровня моря. Международное обозначение – altitude . Этой высоте соответствует давление QNH (Q -code N autical H eight) означающее давление в данной точке земной поверхности, приведенное к уровню моря.

На всякий случай скажу, что значит «приведенное к уровню моря» (упрощенно:-)). Имеем вышеупомянутое давление в данной точке поверхности. Допустим, это давление на пороге ВПП, то есть QFE. Превышение (абсолютная высота) этой точки над уровнем моря известно (обычный топографический параметр:-)).

Кроме того, известна зависимость падения давления с высотой. Например, для небольших высот принято, что изменение высоты на 11,2 м соответствует изменению давления на 1мм рт. ст. (так называемая барометрическая ступень ) или подъем на высоту 800 м соответствует падению давления на 100 гПА.

Остается высоту нашей точки от уровня моря поделить на 11,2 (если за единицу измерения принимаем мм.рт.ст.) и полученное давление сложить с имеющимся (QFE, в данном случае). В итоге имеем давление в точке, если бы она находилась на уровне моря (то есть приведена к уровню моря).

Интересно, что средний уровень моря (международное обозначение MSL ) во ряде стран СНГ, в России и в Польше ведется с использованием Балтийской системы высот (то есть по уровню Балтийского моря в Кронштадте), а по стандартам ICAO с использованием системы WGS-84, которые не полностью совпадают.

Кроме того еще высоты полета самолета до 200 м именуются предельно малыми , от 200 до 1000 м малыми , от 1000 до 4000 м средними , от 4000 м до 12000 м большими и выше 12000 м – стратосферными .

Летчик, выруливая на взлетную полосу аэродрома с помощью вышеуказанной кремальеры устанавливает в окошке высотомера определенное давление, которое ему сообщает диспетчер (руководитель полетов). Для российских аэродромов – это давление QFE , то есть на высотомере при этом стоит высота, равная нулю.

Интересно, что так делается только в России (и в некоторых странах СНГ). В остальном мире перед вылетом на высотомере выставляется давление, приведенное к уровню моря, то есть QNH . И на высотомере у них уже до взлета стоит высота превышения аэродрома над уровнем моря (а вовсе не ноль, как у нас).

Далее самолет взлетает и в процессе полета летчик на определенных этапах полета выставляет на высотомере соответствующие давления, которые ему сообщает диспетчер (руководитель полетов). Сам этот порядок выставки строго регламентирован, потому что от него напрямую зависит безопасность полетов.

Сегодня используется большое разнообразие всевозможных приборов, которыми реально замерить даже самые невероятные характеристики. А вот что это такое - альтиметр? В статье мы поближе познакомимся с его описанием, разновидностями и иной интересной информацией.

Что это такое - альтиметр?

Альтиметр - прибор для измерения уровня высоты. Применяется, в основном, пилотами, альпинистами, геологами и учеными. В отношении летательного аппарата является пилотажно-навигационным устройством. Кроме этого, прибор популярен и в обыденной жизни. Вы легко можете купить или заказать часы с барометром-альтиметром.

Полноправными синонимами слова будут следующие понятия:

• высотомер;
• радиолот;
• высотомер;
• радиоальтиметр;
• фотоальтиметр.

Кстати, ранее альтиметром называли простой угломерный инструмент для определения высоты звезд, планет и прочих небесных тел.

Разновидности прибора

Известны следующие формы прибора:

• Анероидный барометр-альтиметр. Так как с увеличением высоты давление, напротив, снижается, шкалу устройства можно калибровать для ее (высоты) измерения. Одной из его разновидностей является парашютный альтиметр. Он удобно крепится на руку, позволяет наблюдать за высотой и атмосферным давлением в свободном падении и при раскрытом парашюте. Есть и электронные приборы, которые могут подавать сигналы при достижении заданных высот.
• Радарный альтиметр. Более характерен для авиации. Прибор работает так: измеряет время запаздывания отражения радиосигнала, который посылается на землю, и на основе этих данных показывает высоту полета. Устройство более точно в измерениях, однако применяется на малых высотах - на более значительных требуется мощный источник излучения магнитных волн и аппаратура, способная устранить помехи.
• GPS-устройства. Говоря о том, что это такое - альтиметр, нельзя не упомянуть об этих приборах. Конструкция до 4-6 спутников, которые находятся на известных и строго определенных орбитах. На основе ряда математических вычислений устройство определяет положение объекта в пространстве, в том числе и высоту над конкретной точкой поверхности земли или уровнем моря.
• Гамма-лучевые альтиметры. Основа для таких приборов - гамма-излучение. Применяется на малых высотах. В основном, используется для обеспечения мягкой посадки спускаемых космических аппаратов.

Применение устройства

Хоть часы с альтиметром сегодня может приобрести практически каждый, все же более этот прибор применим в авиации. Давайте посмотрим, как он используется пилотами:

• Перед полетом обязательно прослушивается метеосводка. Для альтиметра важна информация об атмосферном давлении.
• Диспетчер говорит о давлении в районе аэродрома только над уровнем моря. Это значение вводится пилотом в прибор. Таким образом, все летательные устройства получают универсальные показатели высоты.
• Однако в разных точках маршрута давление будет меняться. Разве из-за этого пилотам необходимо постоянно слушать сводки и менять данные для прибора? Нет, задача была решена гораздо проще. После "высоты перехода" пилоты выставляют на альтиметрах одинаковые показатели давления. У каждого аэродрома эта величина своя. Примерно же - порядка 18000 футов над землей.
• Какие же показатели универсального давления? Это 760 мм рт. ст.
• Как только пилот снижается ниже "высоты перехода", диспетчер должен сообщить ему текущее атмосферное давление в районе аэродрома.
• При снижении ниже 2500 футов барометрический альтиметр отключается и активируется радиовысотометр.

История создания

Прибор был изобретен Паулем Коллсманом, изначально работающим механиком авиационных устройств. В ту пору уже существовало множество различных устройств для помощи в управлении летательными аппаратами, но все же их было недостаточно для "слепого полета".

В 1928 году П. Коллсман уволился с постоянного места работы и основал собственную компанию KollsmanInstrumentCo. В том же году им был создан барометрический альтиметр, применяющийся и сегодня.

А в 1929 году состоялся первый так называемый "слепой полет" на 15 миль. Иллюминаторы в кабине пилота были плотно занавешены. Ориентироваться он мог только по показаниям приборов. Среди последних был альтиметр Коллсмана.

Вот и все, что мы хотели рассказать о приборе. Теперь вы знаете, что это такое - альтиметр, его разновидности. А также практическое применение устройства.