Виды и принцип работы альтиметра

Давление воздуха у  основания этого столба обозначим  через р*, а давление на некоторой высоте h через р. Если рассмотреть внутри такого столба воздуха элементарный слой толщиной dh, то разность давлений dp, действующая на этот слой, уравновешивается массой воздуха, заключенного внутри слоя:

Где р - плотность воздуха внутри слоя.

Знак «минус» в уравнении  означает, что положительному приращению высоты соответствует отрицательное  приращение давления (с увеличением  высоты давление уменьшается).

Известно, что для высот  до 94 км между плотностью, давлением  и температурой газа существует зависимость

Где р - абсолютное давление, Па; Rуд - удельная газовая постоянная (Rуд = 287,05287 Дж/(кгК)); Т - температура Кельвина.

Уравнение (4) после подстановки  в него (5) можно привести к виду

Или после умножения и  деления правой части на gc

Произведя в правой части  уравнения (6) замену с учетом (1), получим

Для интегрирования уравнения (7) необходимо в его правой части  выразить Т через Н, что можно сделать для отдельных участков атмосферы, на которых зависимости Т от Н описываются известными функциями. С этой целью воспользуемся следующей табл. 1, в которой согласно ГОСТ 4401-73 представлены данные о температуре на характерных интервалов высот в диапазоне от 0 до 80 000 м.

			Зависимость Т от Н на высотах от 0 до 80 000 м
№	Интервал			Интервал температур. К		Темпера-
интервала	высот, м		Характер изменения температуры  внутри интервала			турный градиент р.
	От	До		От Т.	До Т..
	Н*	Н**				К/м
1	0	ll 000	Падает по линейному закону	288.15	216.65	-0,0065
2	11000	20000	Постоянна	216.65	216.65	0.0000
3	20000	32000	Возрастает линейно	216.65	228.65	0,0010
4	32000	47000	То же	228.65	270.65	0.0028
5	47000 . 51000		Постоянна	270.65	270.65	0,0000
6	51000 71000		Падает по линейному закону	270.65	214.65	-0,0028
7	71000	80000	Тоже	271.65	196.65	-0,0020

На основании табл. 1 можно  представить две типовые зависимости Т от Н:

Где Т* и Н* - температура и давление, отвечающие началу интервала. Зависимость (8) справедлива для интервалов 1, 3, 4, 6 и 7, где В+0, а зависимость (9) -для интервалов 2 и 5, где В=0.

Если подставить (8) в (7), то получим дифференциальное уравнение  с раздельными переменными:

Интегрируя левую часть  уравнения (10) в пределах от р* до р, а правую в пределах от Н* до Н, получим

Аналогично, интегрируя уравнение (7) после подстановки в него (9), будем иметь:

Уравнения (11) и (12) дают зависимости  р от Н, при этом уравнение (11) справедливо  для интервалов, где В+0, (интервалы 1, 3, 4, 6 и 7), а уравнение (12) - для интервалов, где В=0 (интервалы 2 и 5). При использовании этих уравнений в них необходимо подставлять отвечающие данному интервалу значения Н* и Т*, взятые из табл. 1. Начальное давление для первого интервала принимается равным р*=101 325 Па = 760 мм рт. ст. Таким образом, для высот от 0 до 11000 м. Где р0 = 101 325 Па = 760 мм рт. ст.; Т0 = 288,15 К; В = - 0,0065 К/м. Для высот от 11 000 до 20 000 м

Гдер,, =22 632 Па = 169,754 мм рт. ст.; Т,, =216,65 К. Уравнения (11) и (12) могут быть решены относительно Н:

 

Для В+0

Для В=0

 

Из формул (15) и (16) видно, что  измеряемая высота является функцией четырех параметров

 

(17) H = f(p,p*,T.uВ).

 

Отсюда следует, что барометрический  метод позволяет вычислить высоту полета относительно любого уровня, если известны значения р, р*, Т* и В. Давлении р можно непосредственно измерить на самолете при помощи манометра абсолютного давления. Если считать остальные параметры (р, р*, Т*) постоянными, то высота полета однозначно определяется давлением

H=f (p)

 

Шкала манометра может  быть отградуирована в единицах высоты. Такой прибор называется барометрическим  высотомером.

Из уравнения (17) следует, что барометрический высотомер  показывает высоту относительно того уровня, давление и температура которого (р* и Т*) заданы при градуировке прибора. Барометрические высотомеры градуируют для стандартных условий, т.е. р.=760 мм рт. ст. и Т*=288,15 К. Температурный градиент в диапазоне высот от 0 до 11 км принимают равным В=-0,0065 К/м.

1.2.1Высотомеры барометрические механические типа ВБМ

 

Высотомеры типа ВБМ предназначены  для измерения и индикации  текущего значения относительной высоты, а также для установки и  индикации величины атмосферного давления.

Высотомеры разработаны  с использованием единой конструктивной базы. Для уменьшения влияния трения в механизме имеется встроенный вибратор.

Индикация высоты осуществляется с помощью счетчика километров и  круговой шкалы с двумя стрелками.

Высотомеры выпускаются  в трех модификациях: с красным, красно-белым  и белым встроенным освещением шкалы.

В футовом варианте высотомера ВБМ-2 (шифр ВБМ-2Ф) индикация высоты осуществляется с помощью счетчика сотен футов и круговой шкалы  со стрелкой. Высотомер имеет белое  встроенное освещение

 

 

	ВБМ-1А	ВБМ-1	ВБМ-2 / ВНМ-2Ф	ВЬМ-3	ВБМ-Р
Измеряемая высота, м фут	-500... 5000	-500... 10000	-500... 15000 -1600... 50000	0...30000	-500...30000
Погрешность измерения в нормальных климатических  условиях, м: при высоте (м) 0 5000 9000 12000 19000
Диапазон индикации атмосферного давления	700... 1080 гПа				525-810 мм рт. ст.
Габаритные размеры, мм	85x85x190	85х85х190	85x85x240	85x85x190	65x65x160
Масса, кг	1,2	1,2	1,4	1,6	1,0
Электропитание	+27 В, 1,5 Вт; 5,5 В, 2,2 В А
Особенности				Электрический выход по Р3	Сигнализация малой высоты

 

Электронный барометрический  высотомер ВБЭ-СВС - прибор нового поколения  высотомеров с ЖК-дисплеем, совмещающий  функции измерителя высоты, системы  воздушных сигналов и системы  сигнализации высоты эшелонирования.

ЖК-дисплей имитирует  лицевую панель механического высотомера. Цвет индикатора меняется в зависимости  от выбранной системы единиц измерения. Переключение осуществляется нажатием кнопки F, (зеленый цвет индикатора соответствует метрической системе, оранжевый футовой).

Высотомер удовлетворяет  требованиям RVSM.

На ЖКИ-экран выдается следующая информация:

• Текущее значение относительной барометрической высоты
• Величина атмосферного давления у земли Р3
• Заданная высота эшелона
• Сигнал предупреждения о полете ни относительной высоте менее 1000 м
• Сигнал об отклонении от высоты эшелона на 60-150 м (мигающая рамка на панели прибора)
• Сигнал об отклонении от высоты эшелона более, чем на 150 м (светящаяся рамка на панели прибора)

Информация о текущих  значениях высотно-скоростных параметров (для высотомера ВБЭ-2 - только абсолютной и относительной высот) и заданной высоте эшелона передается в бортовые системы в виде 32-разрядного последовательного  кода по ГОСТ 18977-79 и РТМ 1495-75 (изменение 3) и ARINC 429.

Дополнительно в бортовую систему выдаются электрические  сигналы:

• Об отклонении от заданной высоты эшелона более чем нам 150 м
• О выходе самолета в зону, ограниченную отклонением 150 м от заданной высоты эшелона и о выходе из зоны, ограниченной отклонением 60 м от заданной высоты эшелона (сопровождается звуковой сигнализацией)

Об исправности высотомера при включенном электропитании

 

 

 

Таблица. Входная  информация. Диапазон

Статическое давление. гПа	115,5...1074
Полное давление, гПа	115,5...1150
Давление у поверхности  земли, гПа	577...1075
Температура торможения, °С	-60...+99
Выходная информация	Диапазон	Погрешность
Высота абсолютная (Набс), м	-503... 15240	±4,6 (при Н=-503) до ±24,4 (при  Н=15240)
Высота относительная (Нотн), м	0... 15240	±6,1 (при Н=0) до ±24.4 (при  Н= 15240)
Вертикальная скорость (Vy), м/с	±102	5% или 0,15
Приборная скорость (Vnp). км/ч	55,5...832	±9,3 (при V=55,5) до 1.85 (при V=832)
Истинная скорость (Vист), км/ч	185...1108	±7,4
Температура наружного воздуха (Тн), °С	-99...+60	±1
Температура торможения (Тт), °С	-60...+99	±0,5
Полное давление (Рп), гПа	115,5...1150	±1,7
Статическое давление (Рст), гПа	115,5...1074	±0,7
Число М (М)	0,1-.-1,0
Высота эшелона (Нэ), м	0... 15000
Электропитание, В	+27
Габаритные размеры, мм	85x85x235
Масса, кг	1,6

 

1.2.2 Электронный барометрический высотомер ВБЭ-СВС-М

 

Электронный барометрический  высотомер ВБЭ-СВС-М прибор нового поколения, совмещающий функции измерителя высоты, системы воздушных сигналов и системы сигнализации высоты эшелонирования.

В качестве индикатора используется полноцветный матричный ЖКИ-модуль с высокими яркостными и оптическими характеристиками.

Применение этого модуля дает возможность:

• Использовать при индикации различные цвета, чтобы улучшить визуальное восприятие информации и снизить вероятность ее ошибочного считывания
• Выдавать на экран высотомера информацию в футовой, или в метрической системах измерений
• Переключать режимы индикации и вводить необходимую информацию с помощью удобно расположенных кнопок
• Воспроизводить лицевую панель любого механического или электромеханического высотомера в привычном для пилота виде.
• Вводить в визуальную картинку дополнительные информационные  элементы, характерные для многофункциональных авиационных индикаторов. Точностные характеристики высотомера соответствуют требованиям RVSM.

По цепям электропитания, выходным электрическим сигналам и  габаритным характеристикам прибор аналогичен высотомерам ВБЭ-СВС  и соответствует рекомендациям  ARINC 429 и 706.

1.2.3 Чувствительные элементы барометрических высотомеров. Кремниевые датчики давления

Барометрические высотомеры используются в воздухоплавании  очень давно. Изначально в качестве чувствительных элементов высотомеров  использовались металлические анероидные коробки, что делало приборы тяжелыми и  громоздкими. Эти приборы со стрелочным индикатором были тяжелы в настройке, имели небольшую  точность и не могли учитывать  влияние температуры. С появлением микросистемной техники были созданы кремниевые датчики давления, позволившие решить указанные проблемы, значительно уменьшив массу и габариты высотомеров.

Рассмотрим 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 кинематические схемы высотомеров ВД-17, ВД-20 показаны на рис. 1.3-1.4. В качестве чувствительного элемента в приборе применен анероидный блок, состоящий из двух коробок 1 [9].