Что такое высота в кабине самолета

Высотомер и высота полета самолета.

Привет, друзья!

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»?).

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.

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 ПВД (приемник воздушных давлений), 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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

Есть одна такая величина давления, которая одинакова и постоянна во всем мире. Вот она-то и выставляется на высотомере для полета воздушного судна на эшелоне. Это стандартное атмосферное давление 1013,2 гПа = 760 мм рт. ст. = 29,92 дюйма рт. ст. Международное обозначение QNE ). Оно, кстати, выставлено на высотомере, показанном выше, том самом с двумя окошками Колсманна.

Давление одинаковое, а схемы эшелонирования в разных странах могут быть разными. Иной раз мешанина еще та :-). При пересечении границ различных государств экипаж самолета действует по указанию диспетчера, и по его же указанию может поменять эшелон.

То есть высота эшелона скорей всего не будет соответствовать истинной высоте полета и даже будет от него отличаться на сотни метров. Зато безопасное эшелонирование будет соблюдено. И даже, если самолет летит на самом нижнем эшлоне, он все равно находится достаточно далеко от земли (как минимум в 1500-1800 м). то есть ниже нижнего эшелона тоже существует своя зона полетов.

Схема высот с принципом перехода на эшелон и обратно.

Высота перехода в России для каждого аэродрома своя, а за рубежом она в основном одинакова для всех пунктов взлета и посадки самолетов.

В этом слое разрешены только набор высоты и снижение, то есть переходные эволюции с высоты на эшелон и с эшелона на высоту. Горизонтальный полет в переходном слое запрещен.

Система перехода на эшелон и обратно.

Существует еще и такой вариант, когда шкалы давлений высотомера не хватает. Обычно это возможно в том случае, если аэродром высокогорный. Если он расположен достаточно высоко, то давление на пороге его ВПП может оказаться ниже «последней черты» 🙂 шкалы прибора.

В таком случае перед вылетом с этого аэродрома экипаж устанавливает на своем высотомере давление порога ВПП, приведенное к уровню моря, то есть все то же QNH. А показания высотомера будут в этом случае что-то типа начальной точки или «условного нуля». То же самое происходит и при подлете к таком аэродрому. Диспетчер сообщит экипажу QNH и абсолютную высоту этого аэродрома, которая будет отображаться на шкале в момент посадки.

Вся эта система на первый взгляд кажется довольно сложной. Этакая каша с эшелонами, высотами, давлениями, переходами, различными определениями и вариантами полета… Не все уж так элементарно :-). Но на самом деле и не все так плохо :-). Сам по себе принцип вертикального эшелонирования и правила его соблюдения достаточно стройны и хорошо отлажены.

Точное и своевременное выполнение всех необходимых действий – вопрос правильного обучения и постоянной практики, чем пилоты современной авиации и занимаются. А некоторую «кашу» в этом деле создают, как ни странно, границы между государствами. Для самолета они, вроде бы, преграды не составляют: перелетел и все. Но на деле не все так просто.

При пересечении границы далее приходится лететь по правилам, действующим в государстве, над которым летит самолет. А это значит, что возможно придется поменять высоту или эшелон, которые, кстати, могут выражаться в различных единицах измерения (в футах или в метрах). Сама система эшелонирования может быть другая и правила производства полетов могут отличаться и еще много чего другого :-).

А в Китае действует система RVSM (с 2007 года), но эшелоны нумеруются в метрах. Интересно, что когда у них была старая система метрического эшелонирования (до 2007 года), она все равно отличалась от принятой в СССР.

О системе RVSM я говорил в статье о ТСАS. Напомню, что это вновь вводимая система эшелонирования, в которой на определенном участке высот определены сокращенные интервалы между эшелонами. Это сделано для увеличения пропускной способности воздушного пространства. Вот так вот :-). Тесно в воздухе на самом-то деле…

Вобщем, во всем этом деле высотомеру принадлежит очень важная роль. Измерение и контроль высоты полета самолета вообще считается очень важной задачей, потому что от правильного ее выполнения напрямую зависит безопасность полетов. Исходя из этого на современном летательном аппарате средства измеряющие высоту полета (как и многие другие жизненно важные элементы) дублируются.

В отличие от барометрического высотомера его показания не зависят от состояния атмосферы, никакое исходное давление ему для работы не нужно, и показывает он истинную высоту до поверхности, отличаясь к тому же большей точностью.

Единственно теоретически возможная неточность состоит в том, что сигнал от от передатчика направленный. А это значит, что при больших углах крена и тангажа (более 20 º )возможны ощутимые неточности в измерениях, потому как в этом случае сигнал попадает на поверхность под углом (как гипотенуза в прямоугольном треугольнике) и проходимое им расстояние оказывается больше, чем истинная высота полета.

Радиовысотомер представляет собой комплект электронной аппаратуры с антенной. В кабину экипажа на приборную доску выведен только индикатор, непосредственно показывающий высоту, а также обычно имеется система предупреждения об опасной высоте со звуковой и световой сигнализацией.

То есть радиовысотомер может входить в комплект систем предупреждения столкновения с землей (типа TAWS или ЕGPWS ) и являться их важной составляющей частью. Кроме того он существенно повышает возможность автоматизации процесса посадки.

На практике наибольшее применение получили так называемые высотомеры малых высот. Это приборы с частотной модуляцией сигнала, работающие в режиме непрерывной локации. С их помощью замеряются высоты примерно до 1500 м и используются они чаще всего при осуществлении захода на посадку. Как пример можно привести высотомеры РВ-3 (высота до 300 м ) и РВ-5 (высота до 750 м).

В настоящее время практически на каждом самолете (за исключением быть может легких поршневых) стоит как минимум один радиовысотомер. А зачастую их может быть и несколько. Причем они могут работать (как я уже сказал) в комплексе с другими самолетными системами.

Например, на самолете СУ-24 использовались два радиовысотомера. РВ-3МП – радиовысотомер малых высот и РВ-18А1 «Крона» — больших высот. На СУ-24М они были заменены на один высотомер, который совместил их функции РВ-21 «Импульс» (А-035).

То же самое можно сказать и про барометрические высотомеры. Они используются параллельно с радиовысотомерами и их тоже бывает иногда и больше одного 🙂 (в зависимости от конструкции летательного аппарата).

Указатель высоты УВ-30-3 от СВС-72.

Дело в том, что все более усложняющаяся практика самолетостроения превратила современные летательные аппараты в сложные технические комплексы. Системы управления, пилотажно-навигационные системы, системы вооружения (на военных самолетах), различные специализированные разведывательные комплексы.

Для своей работы все это оборудование требует исходных данных, в том числе и данные о воздушной обстановке (высота абсолютная и истнная, скорость приборная и истинная, число М и др.). Причем данные эти должны быть определенной точности и с учетом определенных условий, например, сжимаемости воздуха, температурного нагрева при торможении потока и т.д.

Обычные аэрометрические приборы не могут похвастаться достаточной точностью, кроме того большинство из них не выдают сигналов в электронной форме, которые требуются для специальных систем.

Для того, чтобы решить эти вопросы были созданы централизованные системы, которые измеряют (получая сигналы давления непосредственно от ПВД), обрабатывают и вычисляют (с учетом всех воздушных особенностей и поправок) параметры полета и окружающей воздушной обстановки. Все эти данные затем передаются на указатели в кабине (те, которые необходимы в полете) и в бортовые комплексы специализированного оборудования, обеспечивая их правильное функционирование.

Тоже ТУ-154, те же высотомеры плюс под буквой «В» указатель высоты УВО-15М1б (от системЫ СВС-ПН-15-4Б).

По требованиям ICAO все воздушные суда должны передавать в автоматическом режиме данные о своей высоте. Если эти данные не формируются системой СВС (если ее нет на борту), то на борту должен быть высотомер (так называемый диспетчерский), который кроме визуальных показаний на циферблате также преобразует измерения барометрической высоты в электрический сигнал, который потом через самолетный ответчик получает диспетчер и видит у себя на экране воздушной обстановки.

Такого рода высотомеры используются сейчас на некоторых самолетах (в основном малой авиации), а также в качестве парашютных высотомеров для спортивных прыжков с парашютом. Однако, широкой практикой это на стало, потому что для вычисления нужно время (около секунды) и выдаваемый сигнал на больших скоротях спуска уже не соответствует действительному (несмотря на введение коррекции на скорость).

Вернемся, однако, к началу :-). Высота полета самолета… С одной стороны романтика, а с другой очень важный параметр, как с технической стороны, так и для безопасности. Высотомер – прибор, без которого не обходится ни один самолет.

Правда, на современных лайнерах пилотские кабины ощутимо изменились :-). Они теперь все стали «гладкие», простых циферблатов практически не увидишь, сплошные экраны, так сказать, «голая цифра». Удобно это с точки зрения эксплуатации или нет – не мне судить :-). Тем более, что принципы полетов остались такими же. Все те же высоты и эшелоны, все те же давления. И высотомеры все теже, быть может с несколько измененным внешним видом.

Кабина А320-214. Гладкая.

А вот это кабина ИЛ-86. Все по-старому.

Пожалуй, на сегодня все. Надеюсь всем все было понятно. Если есть какие-то неясности, пишите, обязательно разберемся :-).

В заключение два видео ролика. В первом общий рассказ о высотомерах, а во втором показана работа реального радиовысотомера в комплекте с авиасимулятором. По-моему довольно эффектно и понятно :-).

Источник

Глава 4 ВЫСОТА ПОЛЕТА И ВЫСОТОМЕР

§ 28. ДАВЛЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

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

Рис. 81. Измерение величины атмосферного давления высотой ртутного столба

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

§ 29. ИЗМЕНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПО ВЫСОТАМ

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

Рис. 82. Вертикальный разрез атмосферы до высоты 60 км

§ 30. ТЕМПЕРАТУРА И ПЛОТНОСТЬ АТМОСФЕРЫ

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

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

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

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

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

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

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

§ 31. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫСОТ

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

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

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

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

— относительную высоту — высоту относительно аэродрома взлета;

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

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

Рис. 83. Абсолютная, истинная и относительная высоты полета

§ 32. ПРИНЦИП РАБОТЫ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО ВЫСОТОМЕРА

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

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

Рис. 84. Гофрированная мембрана

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

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

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

Рис. 85. Батарея из двух анероидных коробок

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

Рис. 86. Силы, действующие на анероидную коробку

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

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

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

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

Рис. 87. Принципиальная схема барометрического высотомера:

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

§ 33. УСТРОЙСТВО ДВУСТРЕЛОЧНОГО ВЫСОТОМЕРА

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

Рис. 88. Двустрелочный высотомер

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

В качестве чувствительного элемента поставлена двойная анероидная коробка.

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

Рис. 89. Кинематическая схема двустрелочного высотомера:

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 90. Отсчет высоты по большой стрелке

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

Рис. 91. Отсчет высоты по малой и большой стрелкам

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 93. Установка давления на шкале высотомера

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

После этого завертывают вправо до упора стопорную гайку кремальеры.

§ 35. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОШИБКИ БАРОМЕТРИЧЕСКИХ ВЫСОТОМЕРОВ

Методических ошибок у барометрических высотомеров насчитывается три:

— ошибка от изменения атмосферного давления;

— температурная методическая ошибка высотомера;

— ошибка, возникающая вследствие изменения рельефа местности.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 95. Температурная ошибка высотомера

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

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

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

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

Рис. 96. Ошибка показания высотомера при изменении рельефа местности

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 98. График поправок высотомера

§ 36. НАВИГАЦИОННАЯ СЧЕТНАЯ ЛИНЕЙКА

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

Рис. 99. Счетная навигационная линейка:

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

Линейка обеспечивает решение следующих задач:

— расчет путевой скорости по пройденному расстоянию и времени полета;

— расчет пройденного расстояния по путевой скорости и времени полета;

— расчет времени полета по расстоянию и путевой скорости;

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

— расчет исправленной высоты полета по показанию высотомера;

— расчет исправленной воздушной скорости по показанию указателя воздушной скорости;

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

— умножение и деление чисел на синус и тангенс;

— определение значений синуса и тангенса заданного угла;

— умножение и деление чисел;

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

§ 37. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСТИННОЙ И ПРИБОРНОЙ ВЫСОТЫ ПОЛЕТА

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

H_бар = Н_пр + (±ΔH_пр)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Инструментальная поправка высотомерa +80 м.

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

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

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

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

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

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

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

Определить показание высотомера для полета на заданной высоте.

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

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

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

§ 38. БЕЗОПАСНАЯ ВЫСОТА ПОЛЕТА

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

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

Рис. 102. Заданная безопасная высота полета

Безопасная высота полета рассчитывается по формуле

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

где H_без — безопасная высота полета (истинная);

ΔH_р — поправка на топографический рельеф относительно аэродрома;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ΔH_{пр. без} = 670 + 50 = 720 м.

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

§ 39. ОСМОТР ВЫСОТОМЕРА ПЕРЕД ПОЛЕТОМ

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

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

§ 40. БОРТОВОЙ ТЕРМОМЕТР НАРУЖНОГО ВОЗДУХА

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

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

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

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

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

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

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

Источник