Autoservice-mekona.ru

Автомобильный журнал
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как работает высотомер самолета

Принцип работы, устройство и погрешности барометрического высотомера

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

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

Рис. 6.7. Принципиальная схема барометрического высотомера

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 6.8. Внешний вид барометрических высотомеров

Рис. 6.9. Устройство двухстрелочного высотомера

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

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

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

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

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

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

Рис. 6.10. Установка давления

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

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

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

Рис. 6.11. Изменение установленного давления и высоты

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

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.

Читать еще:  Полировка фар зубной пастой или зубным порошком своими руками

Принцип действия и устройство авиационных высотомеров

ЛЕКЦИЯ №9.

ПРИБОРЫ и ДАТЧИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОТЫ ПОЛЕТА

Назначение

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

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

При полетах самолетов различают четыре основных вида высот (рис.1):

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

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

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

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

Рис. 1. Виды высот полета

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

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

Методы измерения высоты полета

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

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

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

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

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

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

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

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

На современных ВС наибольшее применение нашли высотомеры в основу построения, которых положены барометрический и радиотехнический методы измерения высоты полета.

Принцип действия и устройство авиационных высотомеров

3.1 Барометрический высотомер

Принцип действия барометрического высотомера основан на зависимости абсолютного давления р от высоты Н, т.е. р = f (Н).

В общем виде данное соотношение (формула носит название стандартной барометрической) имеет вид:

где ро = 760 мм рт. ст. – среднее давление на уровне моря;

τ = 6,5 град·км –1 – температурный градиент;

То – средняя абсолютная температура на уровне моря, равная 28,8 о С;

R – газовая постоянная.

Если решить эту зависимость относительно Н, то получим формулу, называемую гипсометрической.

Барометрический высотомер представляет собой манометр абсолютного давления, принципиальная схема которого представлена нарис. 2.Чувствительным элементом ИУ является анероид – мембранная коробка 1, из которой откачен воздух. Анероид помещен в герметичном корпусе 2, который сообщается трубопроводом 3 с приемником статического давления 4, расположенным вне самолета.

Рис. 2. Принципиальная схема барометрического высотомера

В герметичный корпус ИУ, подводится статическое давление р, под действием которого анероидная коробка деформируется. Деформация коробки при помощи передаточного механизма передается на преобразующее устройство, которое преобразует механическое перемещение элементов передаточного механизма в электрический сигнал.

3.2 Радиовысотомер

Радиотехнический метод измерения высоты полета (называют также радиоволновым или радиолокационным) основан на отражении радиоволн от земной поверхности.

Устройства, построенные по этому принципу, измеряют истинную высоту полета и называются радиовысотомерами.

Принцип действия радиовысотомера основан на зависимости изменения (модуляции) частоты излучаемого и далее отраженного от земли радиосигнала от времени.

Различают радиовысотомеры непрерывного и импульсного действия (рисунок 4, а и б).

Блок-схема радиовысотомера непрерывного действия приведена на рисунке 4, а. Антенна А1 радиопередатчика, установленного на самолете, непрерывно излучает электромагнитные волны, которые, отражаясь от земной поверхности, возвращаются к самолету. Антенна А2 радиоприемника, также находящегося на самолете, принимает как излучаемые антенной А1, так и отраженные от Земли радиоволны. Особенностью радиовысотомеров непрерывного излучения является частотная модуляция излучаемых колебаний.

На рисунке 6 приведен график изменения во времени частоты f1 излучаемых колебаний (сплошная линия) и частоты f2 отраженных колебаний (пунктирная линия). Линия частот f2 сдвинута в сторону отставания относительно линии частот f1 на величину τ вследствие того, что в каждый момент времени частота отраженного сигнала отличается от частоты прямого сигнала на величину, равную изменению частоты прямого излучения за время т прохождения радиоволн от самолета до Земли и обратно.

Рисунок 4 — Блок-схема радиовысотомеров: а) – непрерывного действия; б) – импульсного действия

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

В соответствии с рисунком 5

где l – расстояние между передающей и приемной антенной;

Н – истинная высота полета;

с = 3·108 м/сек – скорость распространения радиоволн.

Разность частот F = f1 – f2, выделяемая в детекторе низкой частоты и измеряемая частотомером, служит мерой истинной высоты полета.

Рисунок 5 — Схема прохождения прямых и отраженных радиоволн

Разность частот излучаемых и принимаемых (отраженных от земли) радиоволн дает возможность определить время их прохождения до земли и обратно, а формулаН = (с ·t)/2,вычислить до нее расстояние.

гдеН высота полета; с = 3·10 8 м/сек – скорость распространения радиосигнала,

Рисунок 6 – График изменения частоты колебаний в радиовысотомере

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

В состав такого радиовысотомера входят:

Диапазон работы таких радиовысотомеров ограничивается малыми высотами от до 1000 м.

С увеличением высоты полета мощность отраженного сигнала резко падает и поэтому измерение больших высот полета осуществляется радиовысотомерами импульсного действия. Этот высотомер содержит приемник и передатчик, излучающий радиоволны дискретно (импульсами), в течение коротких интервалов времени, разделенных значительно более длительными паузами.

Радиовысотомер импульсного действия непригоден для измерения очень малых высот (при посадке самолета), т.к. он обладает сравнительно большой зоной нечувствительности.

Рисунок 6 – График изменения частоты колебаний в радиовысотомере

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

Методические погрешности радиовысотомеров, также как и барометрических, связаны с изменением рельефа местности, над которой пролетает ВС. Однако погрешности, связанные с определением истинной высоты, до некоторой степени могут быть учтены экипажем.

При измерении интервала времени прохождения радиосигнала от самолета до земли и обратно возникают погрешности обусловленные искажением отраженного сигнала, неточной регистрацией моментов приходов сигналов, искажением сигналов в элементах приемников и др.

Как техника помогает водить самолеты

В наши дни самолеты покрывают огромные расстояния. Они перелетают через моря и континенты при любой погоде, днем и ночью со скоростью, превышающей скорость звука. Это было бы невозможным, если бы одновременно с развитием основной авиационной техники — самолетов и двигателей — не развивалась бы и техника самолетовождения.

Самолетовождение — это и управление самолетом — пилотирование, и нахождение пути к цели полета — навигация. Поэтому приборы, помогающие водить самолеты, делят на пилотажные и навигационные. Есть, правда, и приборы, относящиеся к обеим группам. Пилотажное оборудование позволяет летчику правильно управлять самолетом с помощью рулей и элеронов, а навигационное — лететь, не сбиваясь с пути.

Летчику, управляющему самолетом, прежде всего надо знать скорость полета относительно воздуха — воздушную скорость. Здесь ему помогает указатель скорости. Это манометр, измеряющий давление встречного потока воздуха, или аэродинамическое давление. Оно тем больше, чем быстрее летит самолет. С высотой плотность воздуха уменьшается, и чтобы получить здесь такое же аэродинамическое давление, как у земли, надо увеличить скорость полета. Это как раз и нужно летчику для пилотирования. Однако для навигации этого недостаточно: необходимо знать еще истинную воздушную скорость. Поэтому в приборе есть автоматическая поправка — на уменьшение плотности воздуха с высотой.

Высоту полета определяют барометрическим высотомером. Его действие основано на том, что давление атмосферы с подъемом уменьшается. Однако этот прибор показывает высоту полета правильно только относительно одного начального уровня, например аэродрома. Если же самолет летит над горами, то барометрический высотомер не может показать истинную высоту, т. е. расстояние между самолетом, например, и вершиной горы. Тут на помощь летчику приходит радиовысотомер. Он посылает к земной поверхности радиосигнал и принимает его отражение. По времени, прошедшему между посылкой и приемом радиосигнала, можно установить его путь, а следовательно, и истинную высоту полета.

Полезное дополнение к высотомеру — вариометр. Он показывает скорость подъема или спуска, т. е. вертикальную скорость полета. Воздух проходит внутрь этого прибора через капиллярные отверстия и выравнивает давление в его корпусе с атмосферным сравнительно медленно. Поэтому анероидная коробка может отмечать быстрые изменения давления при подъеме или спуске.

Управляя самолетом, важно соблюдать продольно-поперечную устойчивость, как говорят летчики, «сохранять горизонт». В хорошую погоду, когда горизонт виден, это нетрудно, и летчик может вести самолет очень точно, без кренов. А вот в плохую погоду и ночью ощущение горизонта, или, вернее, направления силы тяжести, в полете теряется. Дело в том, что начинает действовать центробежная сила, возникающая при повороте — вираже. Не видя горизонта, летчик может совершать вираж, думая, что летит горизонтально. Здесь ему помогает авиагоризонт. В основу этого прибора положен обыкновенный волчок — гироскоп. У него есть интересное свойство: как бы мы ни наклоняли плоскость, на которой он вращается, ось его вращения все равно не изменит своего положения. Это и использовано в авиагоризонте. Если самолет летит горизонтально, то ось вращения волчка перпендикулярна поверхности, на которой он вращается. Если же самолет делает крен, то поверхность изменит свое положение относительно волчка. Ценное добавление к авиагоризонту — указатель скольжения. Это, по существу, обычный поперечный уровень. Он позволяет совершать правильные виражи без скольжения вверх (когда крен мал) и вниз (когда крен велик). Для этого летчику достаточно удерживать шарик прибора в центре.

Наконец, управляя самолетом, нужно сохранять прямолинейность полета, т. е. курс. В кораблевождении для этого служат магнитный и гироскопический компасы. Современный авиакомпас скомбинирован из дистанционного магнитного компаса и курсового гироскопа.

Курсовой гироскоп достаточно точно отмечает любые изменения в направлении полета, но со временем может отклониться от курса — «уйти из меридиана». Дистанционный магнитный компас поправляет показания курсового гироскопа. Он основан на взаимодействии электрического тока с магнитным полем Земли, т. е. на электромагнитной индукции, и поэтому его называют гироиндукционным компасом.

Показания гироиндукционного компаса передаются на индикатор. На этот же индикатор идут и показания радиокомпаса.

Кроме перечисленных основных приборов, необходимых для пилотирования, в кабине летчика установлены еще приборы, контролирующие работу двигателей и других механизмов. Ясно, что в полете наблюдать за всеми приборами сразу летчику трудно.

Поэтому указатель скорости, высотомер, авиагоризонт и авиакомпас собраны вместе в так называемый автопилот. Он автоматически действует на органы управления самолета и может длительное время вести его без вмешательства летчика. При этом автопилот точно выдерживает заданный курс, скорость, высоту и горизонтальное положение самолета. По заказу летчика этот удивительный прибор может выполнять правильные виражи, подъем и спуск. При дальних перелетах современным самолетом большую часть времени управляет автопилот.

Читать еще:  Где находится диагностический разъем Шевроле Нива

Одна из самых ответственных задач управления самолетом — его посадка. Особенно трудно посадить самолет в плохую погоду и ночью. Однако при современной технике «слепая посадка», как говорят в авиации, стала вполне возможной.

Теперь обратимся к навигации. Перед штурманом воздушного корабля всегда стоят два вопроса: «какой взять курс», чтобы прийти к цели полета, и «где мы находимся» в тот или иной момент полета на пути к цели.

Авиагоризонт и его показатели

Если дальность полета невелика, его направление можно найти прямо по карте, определив транспортиром угол между линией, соединяющей пункты вылета и назначения, и меридианом — путевой угол. При полетах на большие расстояния штурман, учитывая шарообразность Земли, вычисляет путевой угол по географическим координатам пунктов вылета и назначения. Здесь только при полете по меридиану или экватору линия пути с постоянным путевым углом — локсодромия — будет совпадать с линией кратчайшего пути — ортодромией. В остальных случаях локсодромия будет отклоняться от ортодромии (к югу в Северном и к северу в Южном полушариях) и будет длиннее. Например, при перелете из Москвы в Хабаровск путь по локсодромии будет на 550 км длиннее пути по ортодромии. Поэтому в таких случаях выгоднее лететь по ортодромии, разбив путь на несколько участков и определив для каждого из них величину постоянного путевого угла.

Однако взять курс, точно соответствующий заданному путевому углу, нельзя: ведь атмосфера все время движется и ветер сносит самолет с курса. Поэтому при определении курса штурман выбирает такой угол, который в сумме с углом сноса (т. е. углом отклонения самолета от курса из-за ветра) дал бы заданный путевой угол.

Здесь штурману помогает ветрочет, причем путевая скорость отсчитывается от центра вращения линейки. Угол сноса можно рассчитать, если известны скорость и направление ветра на высоте полета, или измерить навигационным визиром, когда видна земля, или же найти по отклонению самолета от заданного пути через некоторое время после вылета.

Очень легко вести самолет к месту назначения, когда там работает радиостанция, а на самолете есть радиоприемник с рамочной антенной — радиокомпас. Если плоскость рамочной антенны перпендикулярна оси самолета, то стрелка индикатора радиокомпаса будет стоять на нуле, пока самолет летит на радиостанцию, и отклоняться в сторону, как только ось самолета изменит свое направление. При таком полете линия пути самолета называется радиодромией.

Очень прост и удобен полет по зоне радиомаяка. На радиомаяке под углом друг к другу установлены две направленные антенны, и каждая непрерывно посылает определенные сигналы: одна — А, другая — Н. Если самолет летит точно по зоне, летчик через обычный радиоприемник одинаково хорошо слышит оба сигнала. Стоит самолету отклониться от зоны — и один из сигналов становится слышнее другого.

Определить местонахождение самолета по пути к цели можно несколькими способами. Простейший из них — ориентировка по карте, т. е. сличение местности, видимой с самолета, с картой. При полетах в облаках, за облаками, ночью и над морем этот способ, разумеется, непригоден. Другой способ — счисление пути. По путевому углу, скорости самолета и времени, прошедшему с момента вылета, вычисляют пройденный путь и на карте устанавливают свое местонахождение. При этом в расчет берется не воздушная скорость по указателю скорости, а путевая, т. е. скорость самолета относительно Земли.

Сейчас есть приборы, автоматически счисляющие путь: навигационный индикатор и автоштурман.

Получая исходные данные от компаса, указателя скорости и часов и учитывая установленное штурманом направление и скорость ветра, навигационный индикатор непрерывно высчитывает все данные и показывает координаты самолета. Автоштурман, действуя по тому же принципу, вычерчивает путь самолета на карте.

Чтобы определить путь, нужно точно знать скорость и направление ветра. Поэтому показания навигационного индикатора и автоштурмана нуждаются в поправке. Это можно делать с помощью радиопеленгации. Если автоматический радиокомпас настроить на любую земную радиостанцию, он укажет направление на нее. Значит, местоположение самолета можно будет определить по радиопеленгам двух земных радиостанций.

При радиопеленгации самолета с Земли более мощные и точные наземные радиостанции пеленгуют самолетную и передают ей либо радиопеленги, либо (по одновременно произведенным засечкам двух радиопеленгаторов) непосредственно его координаты. Радиопеленгация с Земли дает значительно лучшие результаты, чем с самолета.

Другой прибор для определения местонахождения самолета — панорамный радиолокатор кругового обзора. Проходя через специальные устройства, отраженные от земли радиоимпульсы дают на экране изображение всех объектов, находящихся в зоне действия радиолокатора. Это изображение похоже на географическую контурную карту. На экране хорошо видны берег моря, крупные реки и озера, города.

Радиолокация позволяет с большой точностью определять расстояние до предмета, отразившего радиолокационный импульс. На этом основана круговая дальномерная система. Если штурману известно расстояние до двух специальных наземных радиостанций, то ему нетрудно определить место самолета. Оно будет в точке пересечения двух окружностей, называемых орбитами. Более простая, но менее точная система состоит из одной наземной радиолокационной станции. В этом случае можно определить местоположение самолета по расстоянию до станции и направлению от станции на самолет.

Однако все радиотехнические системы могут действовать только на определенном расстоянии. К тому же их работу затрудняют различные помехи. Поэтому в дальних полетах штурман использует и другие, свободные от этих недостатков средства. При дальнем полете на большой высоте хорошо служит астрономическая навигация. Она использует основные способы мореходной астрономии. К астронавигационной технике относятся астрокомпас, авиасекстант, точные часы и счетная аппаратура.

Астрокомпас позволяет сохранять направление полета под определенным углом между осью самолета и направлением на небесное светило. Часовой механизм для учета суточного вращения Земли непрерывно вносит поправки в этот угол. Кроме того, периодически вносятся поправки на изменение широты места.

С помощью авиасекстанта измеряют угловую высоту светила над горизонтом. Зная угловую высоту и время ее определения, рассчитывают — в основном по правилам мореходной астрономии с некоторыми упрощениями — линию положения самолета. Пересечение двух таких линий дает его местоположение.

Современные астронавигационные устройства сами, автоматически следят за светилом и непрерывно решают и выдают астрономические координаты самолета.

Авиационный радиосекстант позволяет наблюдать Солнце сквозь облака. Действие другого прибора — инерциального навигационного устройства основано на использовании закона инерции. Чувствительный измеритель ускорений — аксцелерометр, установленный на стабилизированной (находящейся в неизменном положении) гироскопами площадке, отмечает все малейшие ускорения в полете, суммируемые интеграторами. Интегратор непрерывно определяет координаты самолета относительно пункта вылета.

Решая какую-либо задачу самолетовождения, экипаж воздушного корабля пользуется не одним, а несколькими способами. Например, местоположение самолета определяют по пересечению астрономической и радионавигационной линий положения.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

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.

Читать еще:  Лада 4х4 Урбан

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.

Высота полета. Устройство и применение высотомеров

ВЫСОТА ПОЛЕТА. УСТРОЙСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОТОМЕРОВ.

Высота полета.

Высотой полета называется расстояние до самолета, отсчитанное по вертикали от некоторого уровня, принятого за начало отсчета.

Рис. 1 . Классификация высот полета по уровню начала отсчета

Истинная высота Нист отсчитывается от точки земной поверхности, находящейся под самолетом; относительная Нотн — от условного уровня (уровня аэродрома, цели и др.);

абсолютная Набс — от уровня моря;

высота эшелона Нэш — от условного уровня, который соответствует стандартному атмосферному давлению 760 мм рт. ст.

Высота полета измеряется барометрическим, радиотехническим, инерциальным и электростатическим методами. Основными методами являются барометрический и радиотехнический.

Барометрический метод измерения высоты

Барометрический метод основан на использовании закономерного изменения атмосферного давления с высотой. Зависимость давления воздуха от высоты до 11000 м выражается формулой

Решая это уравнение относительно высоты, получим:

где R-газовая постоянная (29, 27 м/град).

Из формулы видно, что измеряемая высота является функцией четырех параметров: давления на высоте полета Pн, давления и температуры на уровне начала отсчета высоты Pо и Tо и температурного градиента tгр.

Если принять параметры Pо, Tо и tгр постоянными, то высоту можно определить как функцию атмосферного давления. Давление на высоте полета можно измерить непосредственно на самолете с помощью барометра (анероида). Шкала барометра градуируется в единицах высоты полета, такой прибор называется барометрическим высотомером.

Назначение и устройство барометрических высотомеров

Барометрические высотомеры предназначены для определения и выдерживания высоты полета. На летательных аппаратах устанавливаются двухстрелочные высотомеры ВД-10, ВД-17, ВД-20. Все они построены по одинаковой схеме и отличаются друг от друга главным образом диапазоном измерения.

Основными узлами высотомера являются чувствительный элемент, передаточно-множительный механизм, индикаторная часть, механизм установки начального давления, герметический корпус.

Внешний вид и кинематическая схема высотомера ВД-17 показаны на Рис. 2и Рис. 3. В качестве чувствительного элемента в приборе применен анероидный блок, состоящий из двух коробок 1 (см. Рис. 3).

Рис. 2 Внешний вид высотомера ВД-17

Рис. 3, Кинематическая схема высотомера ВД-17

1- анероидные коробки; 2,3- центры; 4 — биметаллический валик 5, б – штифты 7, 8- тяги; 9-переходная ось; 10-зубчатый сектор; 11 – биметаллическая пластинка; 12, 13 — стойки; 14 — пружинный противовес; 15 — пружина; 16 – регулировочный винт; 17-25 — шестерни; 26 — волосок; 27, 28 — оси; 29, 30 — стрелки; 31 — коробок; 4 — втулка; 32 — шкала барометрического давления; 33 — головка кремальеры.

При изменении высоты полета изменяется давление воздуха, окружающего самолет. Изменение давления через штуцер в корпусе передается во внутреннюю полость прибора, в результате чего происходит деформация коробок блока, вызывающая перемещение верхнего центра 2. Это перемещение посредством тяги 7,

Рис. 4. Кинематическая схема высотомера ВД-20

1,2- блок анероидных коробок; 3 — неподвижный центр блока коробок;4 — подвижный центр блока коробок; 5, 25 — температурные компенсаторы? б — тяга; 7 — промежуточный валик; 8 — зубчатый сектор; 9, 11, 14 — трибки; 10, 15, 16, 17-шестерни; 12-большая стрелка; 13 — внешняя шкала;/8 — малая стрелка; /9-кремальера; 20-шкала давлений; 2/, 22 — индексы; 23 — подвижное основание; 24 — пружинный балансир оси 9, сектора 10 и шестерен передается на большую стрелку прибора 29 и при помощи шестеренчатого перебора — на малую стрелку 30.

Большая стрелка прибора показывает по шкале высоту полета самолета в метрах. Эта стрелка делает полный оборот при изменении высоты на 1000 м. Малая стрелка прибора показывает высоту полета в километрах. Она делает один полный оборот при изменении высоты на 10000м.

При помощи кремальеры 33 в прибор можно вводить поправки на изменение барометрического давления.

Погрешность прибора у земли ±20 м, а на высоте 17000м±300м.

На Рис. 4 показана кинематическая схема высотомера ВД-20. С увеличением высоты полета вследствие уменьшения статического давления анероидный блок, включающий коробки 1 и 2, расширяется. Ход его подвижного центра 4 с помощью температурного компенсатора 5, тяги 6 и температурного компенсатора 25 передается через валик 7 на зубчатый сектор 8. Перемещение сектора вызывает вращение трибки 9, шестерни 10 и трибки 11. На оси трибки 11 жестко укреплена большая стрелка 12, указывающая по шкале 13 высоту полета самолета в метрах. Диапазон этой шкалы 1000 м. На ось большой стрелки 12 жестко посажена переходная трибка 14, приводящая во вращение шестерни 15, 16 и 17, дающие передаточное отношение 20:1. На полой оси шестерни 17, через которую проходит ось трибки 11, укреплена малая стрелка 18, указывающая по внутренней’ шкале высоту в километрах. Диапазон шкалы 20 км. Механизм высотомера, включая анероидный блок, укреплен на подвижном основании 23 и может вращаться относительно корпуса прибора. При этом будут вращаться стрелки 12 и 18, шкала давлений 20 ,и два индекса 21 и 22. Вращение осуществляется с помощью кремальеры 19.

Для уравновешивания отдельных узлов механизма высотомера поставлен пружинный балансир 24. Погрешность в показаниях прибора, возникающая вследствие изменения упругих свойств анероидных коробок в зависимости от их температуры, устраняется с помощью биметаллических температурных компенсаторов 5 и 25.

Погрешность прибора минимальна у Земли и составляет ±20 м и максимальна на высоте 20 км (±350 м).

Высотомер ВД-10 предназначен для измерения высоты от 0 до 10000 м. Погрешность ВД-10 у Земли составляет ± 15 м, а на высоте 10 км достигает ± 120 м.

Ошибки барометрических высотомеров

Барометрическим высотомерам присущи инструментальные, аэродинамические и методические ошибки.

Инструментальные ошибки DHинстр возникают вследствие несовершенства изготовления механизма высотомера, износа деталей и изменения упругих свойств чувствительного элемента. Они определяются в лабораторных условиях. По результатам лабораторной проверки составляются таблицы, в которых указываются значения инструментальных поправок для различных высот полета.

Аэродинамические ошибки а являются результатом неточного измерения атмосферного давления на высоте полета из-за искажения воздушного потока в месте его приема, особенно при полете на больших скоростях. Эти ошибки зависят от скорости полета, типа приемника воздушного давления и места его расположения, они определяются при испытаниях самолетов и заносятся в таблицу поправок. В целях упрощения инструментальные и аэродинамические поправки суммируются, и составляется таблица показаний высотомера с учетом суммарных поправок, которая помещается в кабинах самолета.

Методические ошибки обусловлены несовпадением фактического состояния атмосферы с данными, положенными в основу расчета шкалы высотомера: давление воздуха Ро = 760 мм рт ст., температура t0=+15° С, температурный вертикальный градиент tгр = 6,5° на 1000 м высоты.

Методические ошибки включают три составляющие. Первая – барометрическая ошибка. В полете барометрический высотомер измеряет высоту относительно того, уровня, давление которого установлено на шкале. Он не учитывает изменение давления по маршруту. Обычно атмосферное давление в различных точках земной поверхности в один и тот же момент неодинаковое. Поэтому истинная высота будет изменяться в зависимости от распределения атмосферного давления у Земли. При падении атмосферного давления по маршруту истинная высота будет уменьшаться, при повышении давления — увеличиваться, т. е. возникает барометрическая ошибка DНбар, обусловленная непостоянством атмосферного давления у Земли.

Ошибка DНбар учитывается следующим образом: перед вылетом — установкой стрелок высотомера на нуль; перед посадкой — установкой на высотомере давления аэродрома посадки; при расчете высот — путем учета поправки на изменение атмосферного давления.

Причиной второй составляющей методической ошибки DНтемп является несоответствие фактического распределения температуры воздуха с высотой стандартным значениям, принятым в расчете механизма высотомера. Температурная ошибка особенно опасна при полетах на малых высотах и в горных районах в холодное время года. В практике считают, что для малых высот каждые 3° отклонения фактической температуры воздуха от стандартной вызывают ошибку, равную 1% измеряемой высоты. Обычно методическая температурная поправка учитывается с помощью навигационной линейки НЛ-10М или навигационного расчетчика НРК-2.

Третья составляющая — DНрел возникает потому, что высотомер в продолжение всего полета указывает высоту не над пролетаемой местностью, а относительно уровня изобарической поверхности, атмосферное давление которого установлено на приборе. Чем разнообразнее рельеф пролетаемой местности, тем больше будут расходиться показания высотомера с истинной высотой.

Для определения истинной высоты полета необходимо учитывать поправку на рельеф пролетаемой местности, которая определяется

DНрел =Нрел — Наэр

где DНрел — поправка на рельеф пролетаемой местности, имеет знак (+), если абсолютная высота точки выше аэродрома взлета, и знак (-), если ниже;

Нрел — абсолютная высота точки рельефа местности. определяется летчиком (экипажем) по полетной карте;

Наэр абсолютная высота аэродрома взлета.

Нист =Нотн DНрел,

где Нотн относительная высота.

Определение истинной и приборной высоты при полете по маршруту

Первый вариант. Давление на уровне пролетаемой местности известно и установлено на высотомере, темпера тура в воздухе известна. В этом случае истинная высота полета определяется по формуле

Нист =Нпр +DНинстр, +DНа + DНтемп.

Расчет приборной высоты для заданной истинной высоты производится в обратном порядке

Нпр =Нист DНтемп, DНа DНинстр.

Второй вариант. Давление и температура у земли в районе пролетаемой местности неизвестны; на высотомере установлено давление аэродрома взлета.

Тогда истинная высота полета определяется по формуле:

Нист =Нпр +DНинстр, +DНа+ DНтемп —DНрел.

Определение приборной высоты при заданной истиной производится по формуле:

Нпр =Нист +DНрел, DНтемп DНинстр. DНа DНинстр.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector