Погрешности барометрических высотомеров

Барометрические высотомеры имеют инструментальные, аэродинамические и методические погрешности.

Инструментальные погрешности ΔН_и. Это погрешности, которые возникают вследствие несовершенства изготовления механизма высотомера, неточности его регулировки, износа деталей и т.д. Они определяются в лабораторных условиях и заносятся в таблицу для их учета.

Аэродинамические погрешности ΔН_а. Это погрешности, которые возникают в результате неточного измерения высотомером атмосферного давления на высоте полета вследствие искажения воздушного потока, обтекающего ВС. Они определяются при летных испытаниях ВС для крейсерской скорости полета и заносятся в таблицу поправок.

Методические погрешности ΔН_м. Это погрешности, которые возникают вследствие несовпадения фактических условий атмосферы со стандартными условиями, положенными в основу тарировки шкалы высотомера. Эти погрешности разделяются на три группы:

- погрешности, вызываемые изменением атмосферного давления у земли;

- погрешности, вызываемые изменением температуры у земли;

- погрешности, вызываемые изменением рельефа местности.

Погрешности, вызываемые изменением атмосферного давления у земли. Они возникают вследствие несоответствия атмосферного давления, установленного на высотомере, давлению по маршруту полета на уровне начала отсчета высоты (рис. 6.3). Это несоответствие возникает вследствие неравномерного распределения давления на земной поверхности и изменения давления с течением времени. Из рис. 6.3 видно, что при понижении давления по маршруту истинная высота полета уменьшается, а при повышении – увеличивается.

Рис. 6.3. Барометрическая погрешность

Изменение атмосферного давления с высотой принято характеризовать б а р о м е т р и ч е с к о й с т у п е н ь ю (ΔН_б) – высотой, соответствующей изменению давления на 1 мм рт. ст. Барометрическая ступень для различных высот различна. С увеличением высоты она увеличивается. Например, в нижних слоях атмосферы барометрическая ступень равна 11 м, а на высоте 5000 м она составляет 20 м. В авиационной практике для малых высот ее берут равной 11 м. Барометрическую погрешность определяют по формуле:

ΔН_б = (p_м – p_в) 11, где p_м – фактическое атмосферное давление над пролетаемой местностью; p_в – атмосферное давление, установленное на высотомере.

Устранить барометрическую погрешность можно следующим образом:

- перед вылетом устанавливают стрелку высотомера на нуль;

- перед посадкой устанавливают стрелку высотомера на давление аэродрома посадки.

Погрешности, вызываемые изменением температуры воздуха. Они возникают вследствие несоответствия фактического распределения температуры воздуха на высоте стандартным значениям (рис. 6.4). Поэтому высотомер будет правильно показывать высоту полета только в том случае, если фактическая средняя температура слоя воздуха будет соответствовать расчетной, по которой производилась тарировка его шкалы.

Рис. 6.4. Температурная погрешность

Изменение температуры воздуха с высотой принято характеризовать в е р т и к а л ь н ы м т е м п е р а т у р н ы м г р а д и е н т о м (t_гр) – величиной, характеризующей изменение температуры воздуха с высотой. В стандартной атмосфере вертикальный температурный градиент принят равным 0.0065°С на метр. При помощи этого градиента можно рассчитать температуру воздуха в тропосфере (до высоты 11 000 м) по формуле [14]:

t_н = t₀ – t_гр·Н, где t_н – температура воздуха на высоте, град; t₀ – температура воздуха у земли, град; t_гр – вертикальный температурный градиент; Н – высота полета.

Но в реальных условиях фактическая средняя температура воздуха, как правило, не совпадает с расчетной температурой, вследствие чего высотомер измеряет высоту с погрешностью. В холодное время года воздух более плотный и поэтому давление воздуха с увеличением высоты уменьшается быстрее, чем в теплое время, когда воздух менее плотный. Это приводит к тому, что при температуре у земли выше +15°С высотомер занижает показания высоты полета, а при температуре ниже +15°С – завышает. Температурная погрешность особенно опасна зимой при полетах на малых высотах и в горной местности.

В практике методическую температурную поправку к показанию барометрического высотомера определяют по формуле:

ΔН_t = (t₀ – 15°)Н_пр /300, где Н_пр – высота по прибору, м.

Из формулы видно, что ΔН_t зависит от высоты по прибору и отклонения фактической температуры воздуха у земли от расчетной (+15°С). Для расчета поправки, рекомендуется ее определять на НЛ по ключу, приведенному на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Расчет методической температурной поправки

к показанию барометрического высотомера

Пример. Н_пр = 900м; t₀ = +5°. Определить методическую температурную поправку к показанию высотомера и исправленную высоту полета.

Решение 1. Используя НЛ, находим ΔН_t = – 30 м.

2.Определяем исправленную высоту полета: Н_испр = Н_пр + (±ΔН_t) = 900 + (–30) = 870 м.

Рассмотренная выше формула позволяет отдельно вычислять поправку ΔН_t, а затем, зная ее, найти исправленную высоту полета. Однако с помощью НЛ можно сразу пересчитать приборную высоту полета в исправленную. Для этого рекомендуется расчет исправленной высоты полета по показанию барометрического высотомера выполнять по ключу, приведенному на рис. 6.6.

Рис. 6.6. Расчет исправленной высоты полета

Пример. Н_пр = 1200м; t₀ = –2°; t_н = –8°. Определить исправленную высоту полета.

Решение 1. Определяем сумму температур: t₀ + t_н = (–2°) + (–8°) = –10°

2. Используя НЛ, находим Н_испр = 1130 м.

Температурные погрешности могут достигать существенных значений, поэтому при расчете безопасных высот полета их необходимо учитывать.

Погрешности, вызываемые изменением рельефа местности. Они возникают потому, что высотомер показывает в полете барометрическую высоту, а не высоту над пролетаемой местностью (рис. 6.7).

Поэтому показания высотомера будут расходиться с истинной высотой на значение высоты изменения рельефа местности относительно того уровня, давление которого установлено на высотомере. Эти погрешности учитываются при расчете истинной и безопасной высоты полета. Поправку на рельеф местности определяет экипаж, используя полетную карту. При расчете истинной высоты полета эту поправку алгебраически вычитают из абсолютной высоты, а при расчете приборной – прибавляют.

Рис. 6.7. Погрешность от изменения рельефа местности

Скорость полета

Знание скорости полета необходимо для пилотирования ВС и выдерживания заданного режима полета. Скорость измеряется в километрах в час с помощью специальных приборов – указателей скорости.

Виды скоростей. В аэронавигации основными видами скоростей являются воздушная и путевая скорости.

Воздушная скорость (V) – скорость полета ВС относительно воздушной среды. При этом различают истинную воздушную скорость и скорость по прибору.

Истинная воздушная скорость (V_и) – действительная скорость, с которой ВС движется относительно окружающего воздуха за счет тяги двигателя (двигателей). Знание этой скорости необходимо для навигационных целей.

Приборная скорость (V_пр) – скорость, которую показывает прибор, измеряющий воздушную скорость. Знание этой скорости необходимо для пилотирования ВС.

Скорость полета является векторной величиной. Для ее определения необходимо знать и модуль, и направление. В общем случае вектор воздушной скорости не совпадает с продольной осью ВС, а несколько отклонен от нее под влиянием угла атаки и угла скольжения ВС. Это отклонение незначительно и не оказывает существенного влияния на точность решения навигационных задач, поэтому в аэронавигации принято считать, что вектор воздушной скорости совпадает с продольной осью ВС и лежит в горизонтальной плоскости. Общий принцип измерения воздушной скорости основан на измерении скоростного напора воздуха q. Под скоростным напором понимают разность полного и статического давлений, воспринимаемых приемником воздушных давлений (ПВД) при полете ВС. Скоростной напор q = ρV²/2. Из формулы видно, что он зависит от плотности воздуха на высоте полета и квадрата скорости. Поэтому по замеренному скоростному потоку можно определить истинную воздушную скорость V_и = . На ВС гражданской авиации применяются указатели воздушной скорости двух типов:

- указатель скорости типа УС (УС-250, УС-350);

- комбинированный указатель скорости типа КУС (КУС-730/1100, КУС-1200 и др.).

Указатели первого типа (имеют одну стрелку, указывающую приборную скорость) устанавливаются на вертолетах и самолетах 4-го класса, а второго типа (имеют две стрелки, указывающие приборную и истинную скорости) – на самолетах 1-го – 3-го классов.

Путевая скорость (W) – скорость полета ВС относительно земли. Она зависит от воздушной скорости, скорости и направления ветра. Ее можно рассчитать или измерить с помощью технических средств навигации.