Барометрические измерители высоты полета

Барометрическая высота полета измеряется прибором – высотомером.

Высотомеры подразделяются на механические, электромеханические, электронные (цифровые).

Принцип действия барометрического высотомера основан на использовании закона изменения давления воздуха с увеличением высоты над уровнем моря по стандартной атмосфере (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Зависимость давления и температуры воздуха от высоты

(по стандартной атмосфере):

1 – давление; 2 – температура

В качестве чувствительного элемента высотомера используется анероид, реагирующий на изменение атмосферного давления (рис. 3.3, а). Анероид (А) – это герметичная манометрическая коробка, из которой откачен воздух. Анероид помещен в герметичный корпус прибора, который сообщается трубопроводом с приемником статического давления атмосферы. С поднятием на высоту давление на анероид уменьшается, за счет силы упругости верхний центр анероида перемещается вверх. Его линейное перемещение преобразуется редуктором во вращение стрелки на шкале прибора (см. рис. 3.3, а), отсчет барометрической высоты производится по шкале высотомера в единицах высоты (км, м) в зависимости от установленного уровня давления. Барометрический высотомер тарируется при стандартных нормальных условиях, когда p_з = 760 мм рт. ст. (1013, 25 гПа), Т = 288 К (15 °С), τ = 0, 0065 град/м. В этом случае высота полета зависит от давления воздушного столба:

Н = f(р_н).

Уравнение работы любого высотомера имеет вид

.

Решая уравнение для диапазона высот 0…11 000 м, то есть принимая закон изменения температуры воздуха в виде линейной функции (см. рис. 3.2)

,

где Т – абсолютная температура воздуха на высоте Н, получаем стандартную барометрическую формулу

.

Если решить эту зависимость относительно Н, то получим гипсометрическую формулу, связывающую высоту полёта ВС до 11 км со статическим давлением воздуха р, воспринимаемым приёмниками статического давления р_с в зоне их размещения на борту самолёта:

где р₀ – давление, задаваемое членами экипажа с помощью механизма кремальеры.

Рис. 3.3. Функциональная схема барометрических приборов

Из вышеизложенного следует, что барометрические высотомеры предназначены для измерения высоты полета ВС относительно поверхности, атмосферное давление которой установлено на барометрической шкале прибора. Барометрические высотомеры измеряют только одну высоту – относительную, относительно того давления, которое выставлено на шкале давлений. Это конструктивная особенность барометрических высотомеров. Остальные высоты – это высоты, принятые по соглашению.

В гражданской авиации принято классифицировать индицируемые барометрическими высотомерами высоты по отношению к уровню их начала отсчета.

Уровень начала отсчета устанавливается шкалой давлений. Если шкала давления установлена на значение, соответствующее давлению аэродрома вылета или посадки, такая высота называется относительной. Если шкала давления установлена на значение соответствующее давлению на уровне моря, такая высота называется абсолютной, если на давление 760 мм рт. ст. (1013, 2 гПа) – такая высоты называется условно барометрической. По ней выдерживаются заданные эшелоны полета.

Механические высотомеры ценятся за простоту и высокую надежность, на самолетах ГА используются в качестве основных или резервных приборов. Для удобства пользования шкалы высотомеров снабжены электрическим подсветом, поэтому в обозначении высотомеров добавляются буквы «ПБ» – подсвет белый. Ниже приводится краткое описание механических высотомеров воздушных судов гражданской авиации.

Высотомер механический ВМ-15ПБ (рис. 3.4, а) предназначен для измерения и индикации барометрической высоты в диапазоне 0…15 000 м при установке начального давления р_з 600…800 мм рт. ст.

Шкала высотомера с диапазоном 0…1000 м, цена деления для большой стрелки – 10 м, для малой – 100 м. Шторка плавно и одновременно со стрелками открывает белый сектор, начиная с цифры «0».

Высотомер ВМ-15ПБ имеет индекс и рукоятку для установки заданной высоты.

Высотомер механический ВМФ-50ПБ (рис. 3.4, б) измеряет и индицирует барометрическую высоту от 0 до 50 000 футов при установке давления р_з 590…1050 мбар. Высотомер ВМФ-50ПБ имеет три стрелки. Один оборот узкой стрелки – соответствует 1000 футам, цена деления 20 футов, один оборот широкой стрелки – 10 000 футов, фигурной стрелки – 100 000 футов. Одновременно с фигурной стрелкой вращается диск, который на высоте полета менее 10 000 футов открывает полосатый предупредительный сектор.

Высотомер ВМФ-50ПБ имеет индекс для установки заданной высоты. ВМФ-50ПБ устанавливается на самолетах выполняющих полеты на международных авиалиниях.

Высотомер барометрический механический ВБМ-1ПБ (рис. 3.4, в) обеспечивает измерение и индикацию барометрической высоты в метрах в диапазоне 0…10 000 м при установке барометрического давления в диапазоне 700…1080 гПА. Индикация высоты осуществляется двумя стрелками. Узкая стрелка индицирует высоту в метрах (цена деления 10 м), широкая – в километрах (цена деления 100 м).

Принцип действия основан на восприятии анероидом атмосферного давления, меняющегося с высотой полета. При изменении давления деформация анероидной коробки преобразуется при помощи кривошипно-шатунного механизма и зубчатых колес во вращательное движение, которое передается на стрелки индикатора высоты.

Точность измерения и индикации высоты при стандартных условиях: на высотах 0…4500 м – ± 10 м, на высотах 4500…10 000 м – ± 30 м.

Значение заданной высоты эшелона устанавливается вращением кремальеры с помощью механического индекса – треугольника.

Барометрический механический ВБМ-2ПБ (рис. 3.4, г) предназначен для измерения и индикации барометрической высоты полета в метрах, в диапазоне 0…15 000 м. Индикация высоты осуществляется с помощью двух стрелок и одноразрядного счетчика. Большая стрелка индицирует метры, маленькая – километры.

На высоте полета более 10 км на счетчике появляется цифра 10.

Ввод давления производится кремальерой р_з, индикация давления осуществляется с помощью четырехразрядного счетчика.

Диапазон вводимых давлений – 700…1080 гПа.

Высотомеры ВБМ-1ПБ и ВБМ-2ПБ имеют встроенный вибратор, который обеспечивает снятие момента трения покоя. Электропитание вибратора осуществляется постоянным током напряжением 27 В.

Высотомер барометрический ВБ-10ПБ измеряет и индицирует относительную высоту в диапазоне –500…10 000 м, при установке атмосферного давления кремальерой Р_з в диапазоне 560…806 мм рт. ст. (746, 6…1074, 5 гПа).

Электропитание высотомера осуществляется постоянным током напряжением 27 В, переменным током напряжением ≈ 115 В частотой 400 Гц.

Принцип действия основан на измерении статического давления блоком анероидов. Движение анероидов и вращение кремальеры давления суммируется на редукторе и передается на указатель со шкалой от 0 до 1000 м, ценой деления 10 м. Индикация относительной высоты осуществляется с помощью двух стрелок.

Подсвет прибора осуществляется переменным напряжением ≈ 6 В.

Сигнал Н_отн в виде переменного тока с СКТ (синусно-косинусный трансформатор) высотомера ВБ-10ПБ выдается самолетным потребителям, а также в систему контроля канала измерения высоты.

а	б
в	г
д

Рис. 3.4. Лицевые панели высотомеров:

а – высотомер ВМ-15; б – высотомер ВМФ-50; в – высотомер ВБМ-1ПБ; г – высотомер ВБМ-2ПБ; д – высотомер КЕА-130А

За последние годы наметилась тенденция на российских воздушных судах устанавливать барометрические высотомеры американского производства фирмы «BENDIX KING».

Кодирующий высотомер КЕА-130А (рис. 3.4, д) обеспечивает измерение и индикацию барометрической высоты в футах в зависимости от установленного уровня давления и выдачу электрического сигнала высоты в коде ICAO потребителям.

Статическое давление воздуха поступает в герметичный корпус и воспринимается анероидом. Поступательное перемещение верхнего центра анероида механически преобразуется во вращение стрелок указателя высоты и смещение подвижного контакта потенциометра. Электрический сигнал потенциометра с помощью модуля преобразователя «аналог-код» преобразуется в цифровой код высоты ICAO. Код высоты соответствует сигналу высоты по уровню стандартного давления Н_абс и не зависит от уровня установленного давления на приборе. Код высоты выдаётся в метеолокатор, в навигационную систему, бортовой ответчик КТ-76С (самолет М-101Т).

Индикация текущей высоты полёта осуществляется двумя стрелками в диапазоне 0…35 000 футов. Один оборот узкой стрелки соответствует 1000 футам, цена деления 20 футов, один оборот широкой стрелки – 10 000 футов. Полосатый сектор на шкале индикатора появляется на высотах меньше 10 000 футов. Ввод атмосферного барометрического давления осуществляется вручную, вращением кремальеры. Значения давления индицируются одновременно по двум шкалам в диапазоне 28, 1…31 дюйма и 946…1050 мбар соответственно.

Кодирующий высотомер АК-350 выполняет функции датчика высоты, выдает сигнал барометрической высоты в коде ICAO в самолетный ответчик Garzmin GTX-327 (самолет Як-18Т сер. 36).

Индикация высоты и давления отсутствует.

Электромеханические высотомеры являются дальнейшим усовершенствованием механических высотомеров и обладают повышенной точностью измерения барометрической высоты.

Высотомер УВИД-30-15ПБ предназначен для измерения и индикации относительной барометрической высоты полета, выдает сигналы относительной высоты (Н_отн) и «+27 В» установки давления р₀ = 760 мм рт. ст. в самолетный ответчик СОМ-64М, МСРП-64М-6.

Работает в комплекте с блоком усиления и питания БУ. Электропитание осуществляется постоянным током напряжением 27 В и переменным током напряжением ≈ 115 В частотой 400 Гц.

Диапазон измерения высоты 500…15 000 м, давления – 590…806 мм рт. ст.

Принцип действия. Статическое давление поступает в герметичный корпус прибора и воспринимается блоком анероидных коробок. При изменении атмосферного давления деформация коробок преобразуется индуктивным датчиком в электрический сигнал, который усиливается и отрабатывается следящим приводом. Шкала указателя от 0 до 1000 м, цена деления 10 м. Счетчик высоты индицирует десятки тысяч, тысячи, сотни и десятки метров.

Индикация высоты осуществляется по четырехразрядному счетчику, сотни и десятки метров дублируются стрелкой.

На лицевой панели индикатора установлен красный сигнализатор, который включается в начале и в конце диапазона ввода атмосферного давления у земли и в случае отсутствия электропитания ≈ 115 В 400 Гц.

Примечание. Запрещается вращать кремальеру давления, а также пользоваться показаниями прибора при включенном светосигнализаторе.

Электромеханический высотомер УВИД-15ФПБ измеряет и индицирует относительную высоту от 0 до 50 000 футов при установке начального давления р₀ от 787 до 1075 мбар.

Электропитание УВИД-15ФПБ осуществляется постоянным током напряжением 27 В, переменным током 115 В частотой 400 Гц.

Шкала указателя от 0 до 1000 футов, цена деления 10 футов. Счётчик высоты индицирует десятки тысяч, тысячи, сотни и десятки футов.

При отсутствии электропитания ≈ 115 В частотой 400 Гц на указателе включается красный светосигнализатор.

Запрещается вращать кремальеру давления при горящем светосигнализаторе, а также при выключенном электропитании прибора.

Электромеханический высотомер ВЭМ-72ПБ (рис. 3.5) измеряет и индицирует относительную высоту в диапазоне –500…15 000 м при установке атмосферного давления земли р_з от 590 до 806 мм рт. ст.

Рис. 3.5. Функциональная схема высотомера ВЭМ-72ПБ

Электропитание ВЭМ-72ПБ осуществляется постоянным током напряжением 27 В, переменным током 115 В частотой 400 Гц.

Шкала указателя от 0 до 1000 м, цена деления 10 м. Счётчик высоты индицирует тысячи, сотни и десятки метров.

При установке стандартного давления р₀ = 760±1 мм рт. ст. с указателя выдаётся сигнал (+27 В) в самолётный ответчик и в МСРП-64М-6. Кроме того, в самолётный ответчик выдаётся сигнал высоты H₇₆₀ независимо от установленного давления.

При отсутствии электропитания 115 B 400 Гц на указателе включается красный светосигнализатор.

Высотомер ВЭМ-72ПБ имеет встроенный контроль работоспособности. При включенном питании установите стрелки на нуль высоты, нажмите кнопку «АК» (автоконтроль), расположенную на указателе. При этом показания высоты увеличиваются на 150 ± 40 м и включается светосигнализатор. При отпускании кнопки показания должны вернуться в исходное положение с вариацией ±10 м, а светосигнализатор погаснуть.

ВБЭ-СВС – прецизионный высотомер барометрический электронный, нового поколения, совмещает функции измерения высоты и системы сигнализации отклонения от высоты эшелонирования. Разработан в соответствии с требованиями EURO CONTROL по вопросу RVSM предприятием авиаприборостроения «Восход».

ВБЭ-СВС предназначен для:

- измерения и индикации барометрической высоты в метрах или футах с учетом аэродинамических поправок по высоте и скорости полета;

- световой и звуковой сигнализации об отклонении от заданной высоты эшелона в диапазоне 60…150 м (200 – 500 футов);

- выдачи электрических сигналов барометрической высоты Н_абс, Н_отн, Н_эш, сигнала установки стандартного давления р_стд = 1013, 2 гПа потребителям: самолетный ответчик, устройство регистрации, спутниковые навигационные системы.

Основные технические данные высотомера ВБЭ-СВС:

Диапазон статического давления, подаваемого в высотомер, соответствует измеряемой высоте – от –550 до 15 000 м (–1800…50 000 футов).

Диапазон задания и индикации атмосферного давления у земли – 700…1080 гПа.

Диапазон задания и индикации высоты эшелона – 300…12 100 м (1000…41 000 футов).

Диапазон полного давления, подаваемого в высотомер, соответствует приборной скорости до 700 км/ч для ввода аэродинамических поправок.

Погрешность измерения и индикации относительной барометрической высоты при выставленном давлении у земли 1013, 2 гПа не превышает 10 – 15 м в диапазоне высот 0…4500 м, 20-25 м – 4500…12 100 м.

Высотомер нормально работает при температурах окружающей среды от –20 до 55 °С.

Погрешность выдачи сигналов об отклонении от заданной высоты эшелона не превышает ± 10 м (± 30 футов) в диапазоне рабочих температур.

Электропитание осуществляется от электросети постоянного тока напряжением 27 В.

Время готовности после включения электропитания не превышает 1 мин и 3 мин при отрицательных температурах.

Принцип действия высотомера основан на использовании зависимости изменения атмосферного давления от изменения высоты, т.е. измеряя уровень давления, можно определить барометрическую высоту, на которой производилось измерение атмосферного давления. Для ввода аэродинамических поправок по скорости на различных высотах дополнительно измеряется полное давление. Ввод программы компенсации поправок осуществляется доработкой бортовых цепей самолета. Измерения полного и статического давлений производятся датчиками давлений генераторными ДДГ, которые преобразуют измеряемые давления в частотные сигналы (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Структурная схема высотомера ВБЭ-СВС:

ДДГ – датчик статического и полного давлений; ЦП – центральный процессор; ОУ – органы управления (кнопки и фотодатчик); УИ – устройство индикации; УФТИ – устройство формирования тактовых импульсов; ИП – источник питания; УС – устройство связи с самолетными системами; УФБПК – устройство формирования биполярного кода; УЗС – устройство звуковой сигнализации

Принцип действия датчиков основан на использовании колебаний механического резонатора с перестраиваемой собственной частотой под действием измеряемых давлений. Чувствительный элемент представляет собой тонкостенный резонатор цилиндрической формы, заваренный в корпус. Между внутренней полостью корпуса и наружной стенкой резонатора создается вакуум для измерения абсолютного давления. При подаче давления во внутреннюю полость резонатора изменяется его жесткость и, следовательно, собственная частота колебаний. Колебания резонатора возбуждаются, поддерживаются при помощи двух электромагнитных обмоток возбуждения и обратной связи, включенных в схему автогенератора (усилитель-ограничитель). Схема работает в режиме автоколебаний на частоте собственного резонанса. Измерение температуры резонатора, от которой зависит его частота, выполняется приемником температуры.

Сигналы с датчиков давления в виде частоты (периода) следования электрических импульсов напряжения (f), пропорциональных давлению, и сигнал в виде напряжения постоянного тока, функционально связанный с температурой резонатора, поступают на вычислитель – центральный процессор. Вычислитель управляет работой всех устройств высотомера, преобразует и обрабатывает входную информацию от датчиков давления и органов управления ОУ, реализует алгоритмы вычисления текущей высоты Н_абс, Н_отн, Н_эш. Электрические сигналы Н_абс и Н_отн автоматически корректируются с учетом аэродинамических поправок. Выходные сигналы вычислителя преобразуются в цифровой код и подаются для отображения на экране устройства индикации высотомера, звуковой сигнализации УЗС и в самолетные системы.

В состав органов управления входят три кнопки и фотодатчик. Кнопка «Выбор» (слева) на индикаторе с фиксированной функцией; последовательным нажатием кнопки осуществляется переключение режимов высотомера в соответствии с алгоритмами (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Алгоритм выбора работы высотомера ВБЭ-СВС

Две кнопки (справа) управляют высотомером в выбранном режиме. Около кнопок появляются сопровождающие надписи – подсказки и пиктограммы.

В высотомере предусмотрена ручная установка уровня яркости с автоматической подрегулировкой в диапазоне 0…100 % в зависимости от уровня внешнего освещения, воспринимаемого фотодатчиком. Желаемая яркость шкалы устанавливается и поддерживается автоматически при изменении внешнего освещения.

Индикация параметров в высотомере производится на жидкокристаллическом цветном матричном индикаторе в виде цифровых счетчиков. Индикация параметров Н_отн, Н_эш, р_з, шкала и стрелка выполнены белыми на черном фоне, а при измерении в футах – на зеленом. Шкала высоты оцифрована от 0 до 1000 м с ценой деления 10 м (30 футов). По шкале перемещается стрелка с дискретностью 5 м, дублирует значение трех младших разрядов счетчика Н_отн и определяет тенденцию изменения высоты. При значениях относительной барометрической высоты менее 1000 м (менее 3000 футов) на счетчике Н_отн, на месте старшего разряда, появляется визуальный сигнал в виде «Зебры» (прямоугольника, заполненного диагональными черно-белыми полосами). При отрицательном значении барометрической высоты на счетчике Н_отн появляется знак «минус», изображение стрелки пропадает.

Счетчик заданной высоты эшелона от –300 до 12 000 м (–1000…41 000 футов) с дискретностью 100 м (500 футов).

Счетчик атмосферного давления у земли от 700 до 1080 гПа имеет дискретность 1 гПа. Выработанные в вычислителе сигналы Н_абс, Н_отн, Н_эш преобразуются в цифровой код и через устройство связи выдаются в самолетные системы.

В процессе работы вычислитель формирует разовые сигналы выставки стандартного давления р_стд = 1013, 2 гПа и отклонения от заданной высоты эшелона DН_эш. Сигналы DН_эш обеспечивают визуальную сигнализацию на индикаторе отображением световой рамки вокруг счетчика Н_эш.

При отклонении от заданной высоты эшелона менее 60 м (200 футов) счетчик Н_эш находится в обрамлении рамкой серого цвета. При отклонении от заданной высоты эшелона в пределах 60…150 м (200…500 футов) цвет рамки изменяется на желтый и рамка переходит в режим мигания с частотой 2, 6 Гц. При отклонении более чем на 150 м (500 футов) – желтая рамка горит постоянно.

При входе в зону отклонения и при выходе из нее высотомер выдает электрический сигнал для звуковой сигнализации в самолетное переговорное устройство: при выходе из зоны отклонения от заданной высоты 60 м (200 футов) звуковой сигнал длительностью 1, 5 с частотой 800 ± 80 Гц, при входе в зону 150 м (500 футов) в виде двух коротких сигналов длительностью 120 мс каждый с интервалом 60 мс.

Полная логика работы сигнализации об отклонении от заданной высоты эшелона приведена на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Последовательность выдачи сигналов об отклонении DН_эш

Управление режимами работы высотомера осуществляется кнопками на лицевой панели, функция кнопки высвечивается текстом и пиктограммами в угловых полях экрана для конкретного режима.

Нажатием и отпусканием кнопки «Выбор» высотомер переводится по кольцу выбора режимов в следующем порядке: основной (полетный) режим, ввод значения р_з, ввод значения Н_эш, переключение индикации шкал «Ft/M» в метровом или футовом измерении (м, ft), регулировки яркости, тест-контроля, основной (полетный) режим и т.д. Переход в основной (полетный) режим осуществляется по кольцу выбора режимов или автоматически при невыполнении оператором действий в течение последних 20 с. Индикация выбранного режима осуществляется подсветкой на голубом фоне счетчика или функций кнопок, с которыми предполагается манипулировать.

При вводе давления р_з активируются две кнопки справа на индикаторе, сопровождающиеся индексами-подсказками «+Р_з, D» и «-Р_з, Ñ ». Манипуляцией кнопок выставляется требуемое значение р_з. Для перегона счетчика р_з на большую величину кнопку следует удерживать в нажатом состоянии. Для быстрой установки значения р_з = 1013, 2 гПа необходимо нажать на обе кнопки.

При вводе высоты эшелона Н_эш активизируются те же кнопки, сопровождаемые индексами-подсказками «+Н_эш, D» и «-Н_эш, Ñ ». После ввода высоты Н_эш только в полетном режиме автоматически активизируется кнопка, сопровождаемая индексом-подсказкой «сброс Н_эш», нажатием на эту кнопку происходит отключение режима сигнализации об отклонении от эшелона, на счетчике Н_эш устанавливается значение «00».

При вводе нового значения Н_эш режим индикации заданного значения, сигнализация DН_эш и выдача сигналов потребителям восстанавливаются. В режиме переключения ft/м активизируется кнопка, сопровождаемая индексом-подсказкой «Ft/M», высотомер переводится из метрового режима в футовый. Цвет шкалы высотомера изменяется на зеленый, надпись «ВЫСОТА» на «ALT», размерность м на ft. Переход футового режима в метровый осуществляется аналогично.

В режиме регулировки яркости экрана активизируются кнопки, сопровождаемые индексами-подсказками «+☼, D», «-☼, Ñ ». Текущая величина яркости экрана в процентах отображается в левом верхнем углу экрана.

В режиме запуска «ТЕСТ – КОНТРОЛЬ» активизируется кнопка, сопровождаемая индексом-подсказкой «ТЕСТ». Нажатием этой кнопки высотомер переводится в режим «ТЕСТ – КОНТРОЛЬ». Режим «ТЕСТ – КОНТРОЛЬ» может быть выполнен при нахождении самолета на земле, т.е. наличии сигнала «ОБЖАТИЕ ШАССИ». В полете включение режима «ТЕСТ – КОНТРОЛЬ» блокируется и исключается из меню выбора режимов.

После запуска режима «ТЕСТ – КОНТРОЛЬ» выполняется визуальный тест экрана и формируется звуковой сигнал частотой 800 Гц длительностью 1, 5 с, после этого на экране высотомера отображается картинка «ТЕСТ – КОНТРОЛЯ» с вертикальной надписью «ТЕСТ», отображаются контрольные значения параметров. В левом верхнем углу экрана индицируется номер программы компенсации, на счетчике Н_эш – значение «00», на счетчике Н_отн – значение «12100», на счетчике р_з – значение «1013», в правом нижнем углу экрана надпись-подсказка «ВЫХОД» для перевода высотомера в рабочий режим (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Индикация высотомера ВБЭ-СВС на различных этапах полета

При включении электропитания выполняется полный автоматический контроль исправности узлов и электронных схем высотомера.

При их исправности выполняется визуальный тест экрана, который позволяет проверить качество и нормальную работу жидкокристаллического индикатора. При визуальном тесте по черному полю экрана «движется» слева направо вертикальная белая полоса, после ее прохождения черный цвет экрана заменяется синим. При этом на поле цветов не должно быть сплошных полос, границы раздела между цветовыми полями должны иметь вид равных вертикальных линий. После завершения визуального теста высотомер выдает звуковой сигнал частотой 800 Гц длительностью 1, 5 с, затем отображается текстовая информация об исправности высотомера «программа компенсации» (для каждого типа самолета индивидуально).

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: