Материал: Черный М.А., Кораблин В.И., 1973 - Самолетовождение

Глава 5 высота полета

1. Классификация высот полета от уровня измерения

Высотой полета Н называется расстояние по вертикали от самолета до уровня, принятого за начало отсчета. Высота из­меряется в метрах. Знание высоты полета необходимо экипажу для выдерживания заданного профиля полета и предотвращения столкновения самолета с земной поверхностью и искусственными препятствиями, а также для решения некоторых навигационных задач.

В самолетовождении в зависимости от уровня начала отсчета различают следующие высоты полета: истинную, абсолютную и барометрическую (рис. 5.1).

Истинной высотой Н_и называется высота полета, изме­ряемая относительно пролетаемой местности. В горизонтальном полете истинная высота изменяется соответственно изменению рельефа местности.

Абсолютной высотой Н_абс называется высота полета, измеряемая относительно уровня Балтийского моря.

Барометрической высотой Н_б называется высота по­лета, измеряемая относительно изобарической поверхности атмос­ферного давления, установленного на шкале барометрического высотомера.

Барометрическая высота может быть:

1) относительной Н_о, если она измеряется относительно давления аэродрома вылета или посадки (используется при поле­тах ниже нижнего эшелона в зоне взлета и посадки);

Рис. 5.1. Классификация высот от уровня измерения

2) приведенной Н_прив, если она измеряется относительно минимального давления участка трассы, которое приведено к уровню моря (используется при визуальных полетах по маршру­ту ниже нижнего эшелона);

3) условно барометрической Н₇₆₀, если она измеря­ется относительно условного уровня давления 760 мм рт. ст. (ис­пользуется для выдерживания заданных эшелонов при полетах по трассам и в зоне ожидания).

2. Способы измерения высоты полета

Основными способами измерения высоты полета являются ба­рометрический и радиотехнический.

Барометрический способ измерения высоты основан на принципе измерения атмосферного давления, закономерно из­меняющегося с высотой. Барометрический высотомер представля­ет собой обыкновенный барометр, у которого вместо шкалы дав­лений поставлена шкала высот. Такой высотомер определяет вы­соту полета самолета косвенным путем, измеряя атмосферное дав­ление, которое изменяется с высотой по определенному за­кону.

Барометрический способ измерения высоты связан с рядом ошибок, которые, если их не учитывать, приводят к значительным погрешностям в определении высоты. Несмотря на это, баромет­рические высотомеры ввиду простоты и удобства пользования ши­роко применяются в авиации.

Радиотехнический способ измерения высоты основан на использовании закономерностей распространения радиоволн. Известно, что радиоволны распространяются с постоянной ско­ростью и отражаются от различных поверхностей. Используя эти свойства радиоволн, можно определять высоту полета само­лета.

Принцип измерения высоты радиотехническим способом можно представить следующим образом. На самолете устанавливается передатчик и приемник. Передатчик излучает радиосигналы ко­роткими импульсами, которые направляются антенной к земле и одновременно поступают на приемник. Дойдя до земной поверхно­сти, сигналы отражаются и принимаются приемником, который связан с индикаторным устройством. Последнее по интервалу вре­мени между поступлением в приемник прямого и отраженного ра­диосигналов определяет высоту полета самолета, которая отсчи­тывается по шкале.

Современные радиовысотомеры работают на частотном (ра­диовысотомеры малых высот) и на импульсном (радиовысотомеры больших высот) методах измерения высоты и показывают истин­ную высоту полета. Это является их преимуществом перед баро­метрическими высотомерами, так как барометрическая высота, как правило, отличается от истинной.

3. Ошибки барометрических высотомеров

Барометрические высотомеры имеют инструментальные, аэро­динамические и методические ошибки.

Инструментальные ошибки высотомера ΔН возникают вследствие несовершенства изготовления прибора и неточности его регулировки. Причинами инструментальных ошибок являются несовершенства изготовления механизмов высотомера, износ де­талей, изменение упругих свойств анероидной коробки, люфты и т. д. Каждый высотомер имеет свои инструментальные ошибки. Они определяются путем проверки высотомера, заносятся в спе­циальную таблицу и учитываются в полете.

Аэродинамические ошибки ΔН_а возникают в резуль­тате неточного измерения атмосферного давления на высоте поле­та вследствие искажения воздушного потока, особенно при поле­те на больших скоростях. Эти ошибки зависят от скорости поле­та, типа приемника, воспринимающего атмосферное давление, и места его расположения. Они определяются при испытаниях са­молетов и заносятся в таблицу поправок. Для упрощения учета инструментальных и аэродинамических поправок составляется таблица показаний высотомера с учетом суммарных поправок, которая помещается в кабине самолета (табл. 5.1).

Таблица 5. 1

Показания высотомера с учетом суммарных поправок

Методические ошибки возникают вследствие несовпа­дения фактического состояния атмосферы с расчетными данны­ми, положенными в основу для расчета шкалы высотомера. Шкала высотомера рассчитана для условий стандартной атмосферы на уровне моря: давление воздуха Р_о=760 мм рт. ст., температура t₀= + 15°С, температурный вертикальный градиент t_гр=6,5° на 1000 м высоты.

Использование стандартной атмосферы предполагает, что за­данной высоте соответствует вполне определенное давление. Но так как в каждом полете действительные условия атмосферы не сов­падают с расчетными, то высотомер показывает высоту с ошиб­ками.

Барометрическому высотомеру присущи также ошибки вслед­ствие того, что он не учитывает изменения топографического рель­ефа местности, над которой пролетает самолет.

Методические ошибки барометрического высотомера делятся на три группы:

1) ошибки от изменения атмосферного давления у земли;

2) ошибки от изменения температуры воздуха;

3) ошибки от изменения рельефа местности.

Ошибки от изменения атмосферного давления у земли. Ба­рометрический высотомер измеряет высоту полета относительно уровня изобарической поверхности, атмосферное давление кото­рой установлено на шкале давлений высотомера. Он не учитыва­ет изменения давления по маршруту. Обычно атмосферное давле­ние в различных точках земной поверхности в один и тот же мо­мент неодинаковое. На рис. 5.2 показано, что на аэродроме выле­та давление равно 760 мм рт. ст., а по маршруту полета оно в оп­ределенных точках равно 750 и 765 мм рт. ст. Перед вылетом стрелки высотомера устанавливают на нуль, при этом шкала дав­лений высотомера установится на давление аэродрома вылета (в приведенном примере шкала давлений установится на отсчет 760 мм рт. ст.). Если пилот по маршруту будет выдерживать за­данную приборную высоту, то 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. Как видно из рисунка, изменение истинной высоты происходит вследствие изменения атмосферного

Рис. 5.2. Ошибки высотомера от изменения давления у земли

Рис. 5.3 Ошибки высотомера от изменения температуры воздуха

давления на уровне, относи­тельно которого ведется отсчет истинной высоты.

Изменение атмосферного давления с высотой характеризуют барометрической ступенью — высотой, на которую надо подняться или опуститься от исходного уровня, чтобы давление изменилось на 1 мм рт. ст.

В практике барометрическую ступень для малых высот берут равной 11 м. Следовательно, каждому миллиметру изменения давления у земли соответствует 11 м высоты, т. е. ΔН_б=11·ΔР.

Ошибки от изменения атмосферного давления у земли учиты­ваются следующим образом:

1) перед вылетом — установкой стрелок высотомера на нуль;

2) перед посадкой — установкой на высотомере давления аэро­дрома;

3) при расчете высот — путем учета поправки на изменение ат­мосферного давления (ΔН_б).

Ошибки от изменения температуры воздуха. Шкала высото­мера тарируется по стандартной средней температуре воздуха в слое измеряемой высоты. Поэтому высотомер будет правильно по­казывать высоту полета только при совпадении фактической сред­ней температуры воздуха с расчетной. Но в реальных условиях фактическая температура воздуха, как правило, не совпадает с расчетной. Поэтому высотомер показывает высоту с ошибкой. Сущность этой ошибки заключается в том, что при изменении тем­пературы воздуха у земли происходит изменение температуры и давления воздуха на высоте. В холодное время года воздух стано­вится более плотным, и в этом случае давление с поднятием на вы­соту уменьшается быстрее, чем в теплое время, когда воздух обла­дает меньшей плотностью.

Методическая температурная поправка высотомера

ΔН_t=ΔН_пр

Рис. 5.4. Ошибки высотомера от изменения рельефа местности

где Н_пр— приборная высота полета; t_ср._фак — средняя фактиче­ская температура воздуха в слое от нулевого уровня до высо­ты полета; ΔT_ср —разность между средней фактической температурой и средней стандартной температурой для данной, высоты.

Знак поправки определяется знаком ΔT_ср.

Из формулы следует, что высотомер при температурах у зем­ли ниже +15° будет завышать, а при температурах выше +15° за­нижать показания высоты (рис. 5.3).

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 высотомера учитывается с помощью НЛ-10 М.

Ошибки от изменения рельефа местности. Эти ошибки возни­кают потому, что высотомер в продолжение всего полета указы­вает высоту не над пролетаемой местностью, а относительно уров­ня изобарической поверхности, атмосферное давление которого установлено на высотомере. Чем разнообразнее рельеф пролетае­мой местности, тем больше будут расходиться показания высото­мера с истинным значением высоты (рис. 5.4).

Для определения истинной высоты полета необходимо учиты­вать поправку на рельеф пролетаемой местности. Высота релье­фа определяется по карте. При расчете истинной высоты поправ­ка на рельеф алгебраически вычитается из абсолютной высо­ты, а при расчете приборной высоты прибавляется.

4. Расчет времени и места набора высоты заданного эшелона

Набор высоты заданного эшелона, как правило, выполняется по трассе полета. Поэтому штурман должен знать, в какое вре­мя будет набрана заданная высота полета. Время набора высоты рассчитывается по высоте

Рис. 5.5. Определение времени и места набора высоты заданного эшелона

набора и вертикальной скорости на­бора.

Вертикальной скоростью набора V_B называется вертикальная составляющая скорости воздушного судна.

Пример. H_эш=6000м; Н_отхода = 400 м; Р_аэр=740 мм рт. ст.; W = 300 км/ч; V_B=5 м/сек; Т _отхода = 14.30 (рис. 5.5). Определить: Т _{ок наб} и S_наб.

Решение. 1. Определяем барометрическую высоту аэродрома:

Н_б.аэр = (760 — Р_аэр)·11 = (760—740)·11 =220 м.

2. Находим высоту набора:

Н_наб = Н_эш — Н_б.аэр — Н_отх = 6000 — 220 — 400 = 5380 м.

3. Рассчитываем время набора высоты на НЛ-10М (рис. 5.6):

t_наб = = = 1076 сек 18 мин

4. Определяем время окончания набора заданной высоты:

Т_ок.наб = T_отх + T_наб =14.30 + 0.18==14.48.

5. Находим пройденное самолетом расстояние за время набора высоты:

S_наб =Wt_наб = 300·0,3 = 90 км.

5. Расчет времени и места начала снижения

Выход на аэродром посадки выполняется на указанной дис­петчером высоте круга или на заданном эшелоне. Время начала снижения рассчитывается с учетом заданной высоты выхода на аэродром.

Рис. 5.6. Расчет времени набора высоты

Пример. H_эш=4200 м; V_B— 10 м/сек; W = 450 км/ч; H_{подхода} = 500 м; Р_aэр=750 мм. рт. ст.; T_приб = 12.20. Определить: T_{нач сн} и S_сн.

Решение. 1. Определяем барометрическую высоту аэродрома:

Н_б.аэр = (760 - Р_аэр) · 11 = (760 - 750) · 11 = 110 м.

2. Находим высоту снижения:

H_сн = H_эш — H₆._аэр — H_подх = 4200 — 110 — 500 = 3590 м.