Альтиметр - Википедия - Altimeter

Диаграмма, показывающая циферблат «трехстрелочного» авиационного высотомера, отображающего высота 10180 футов (3100 м) и давление около 29,92 дюйм рт. ст. (1013 гПа).

An высотомер или высотомер инструмент, используемый для измерения высота объекта выше фиксированного уровня. Измерение высоты называется альтиметрия, что связано с термином батиметрия, измерение глубины под водой. Самая распространенная единица калибровки высотомера во всем мире - это гектопаскали (гПа), за исключением Северной Америки и Японии, где дюймы ртутного столба (дюйм рт. ст.).^[1] Чтобы получить точное значение высоты в футах или метрах, необходимо правильно откалибровать местное барометрическое давление.

Высотомер давления

Цифровой датчик атмосферного давления для измерения высоты в бытовой электронике

Высота может быть определена на основе измерения атмосферное давление. Чем больше высота, тем ниже давление. Когда барометр поставляется с нелинейной калибровкой, чтобы показывать высоту, прибор называется высотомером давления или барометрическим высотомером. Высотомер давления - это высотомер, который можно найти в большинстве самолет, а парашютисты используют для аналогичных целей модели с креплением на запястье. Путешественники и альпинисты используют наручные или портативные высотомеры в дополнение к другим навигационным инструментам, таким как карта, магнитный компас или GPS-приемник.

Калибровка альтиметра выполняется по уравнению

${ Displaystyle г = с ; Т ; журнал (P_ {o} / P),}$^[2]

где c - константа, T - абсолютная температура, P - давление на высоте z, а P_о давление на уровне моря. Константа c зависит от ускорения свободного падения и молярной массы воздуха. Однако нужно знать, что этот тип высотомера зависит от «высоты по плотности», и его показания могут отличаться на сотни футов из-за внезапного изменения воздуха. давление, например, на холодном фронте, без фактического изменения высоты.^[3]

Использование в походах, скалолазании и катании на лыжах

Барометрический альтиметр, используемый вместе с топографической картой, может помочь проверить ваше местоположение. Он более надежен и часто более точен, чем приемник GPS для измерения высоты; сигнал GPS может быть недоступен, например, когда человек находится глубоко в каньоне, или он может давать совершенно неточные данные о высоте, когда все доступные спутники находятся около горизонта. Поскольку атмосферное давление меняется в зависимости от погоды, путешественники должны периодически калибровать свои высотомеры, когда они достигают известной высоты, например, пересечения троп или пика, отмеченного на топографической карте.

Прыжки с парашютом

Цифровой наручный высотомер для прыжков с парашютом в режиме журнала, отображающий последний записанный профиль прыжка.

Парашютист в свободном падении, используя ручной высотомер. Видно аналоговое лицо, показывающее высоту принятия решения с цветовой кодировкой. Изображенный альтиметр является электронным, несмотря на использование аналогового дисплея.

Высотомер - самая важная часть прыжки с парашютом оборудования, после самого парашюта. Осведомленность о высоте имеет решающее значение на всех этапах прыжка и определяет соответствующую реакцию для поддержания безопасности.

Поскольку в прыжках с парашютом так важна информация о высоте, существует большое разнообразие конструкций высотомеров, специально разработанных для использования в этом виде спорта, и парашютист, не являющийся учеником, обычно использует два или более высотомеров в одном прыжке:^[4]

• Механическое крепление на руке, запястье или груди аналоговые визуальные высотомеры. Это самый простой и распространенный тип, который используется (и обычно обязателен) практически всеми студентами-парашютистами. Обычный дизайн имеет лицо, отмеченное от 0 до 4000 м (или от 0 до 12000 футов, имитируя циферблат ), на котором стрелка указывает на текущую высоту. Спортивные секции лицевой панели четко обозначены желтым и красным цветом соответственно, что означает рекомендуемую высоту развертывания, а также высоту принятия решения в аварийной ситуации (обычно называемую «жесткой палубой»). У механического высотомера есть ручка, которую необходимо вручную отрегулировать, чтобы она указала на 0 на земле перед прыжком, и если точка приземления находится не на той же высоте, что и точка взлета, пользователь должен отрегулировать ее соответствующим образом. Также доступны некоторые усовершенствованные электронные высотомеры, в которых используется знакомый аналоговый дисплей, несмотря на то, что внутри они работают в цифровом формате.
• Цифровые визуальные высотомеры, крепится на запястье или руке. Этот тип всегда работает с электронным управлением и передает высоту в виде числа, а не стрелки на циферблате. Поскольку эти высотомеры уже содержат все электронные схемы, необходимые для расчета высоты, они обычно оснащены дополнительными функциями, такими как электронный журнал, воспроизведение профиля прыжка в реальном времени, индикация скорости, режим симулятора для использования в наземных тренировках и т. Д. активируется на земле перед прыжком и автоматически калибруется, чтобы указать на 0. Таким образом, важно, чтобы пользователь не включал его раньше, чем это необходимо, чтобы избежать, например, движения в сторону зона сброса расположен на высоте, отличной от вашего дома, что может привести к потенциально фатальной ошибке при чтении. Если предполагаемая зона приземления находится на высоте, отличной от точки взлета, пользователю необходимо ввести соответствующее смещение с помощью назначенной функции.
• Звуковые высотомеры (также известный как «dytters», обобщенный товарный знак первого такого продукта на рынке). Они вставляются в шлем и издают предупреждающий сигнал на заданной высоте. Современные акустические системы значительно эволюционировали от их примитивного начала и обладают широким набором функций, таких как несколько тонов на разной высоте, несколько сохраненных профилей, которые можно быстро переключать, электронный журнал с передачей данных в ПК для последующего анализа, различные режимы свободного падения и купола с разными высотами предупреждения, налетать звуковые сигналы приближения и т. д. Звуковые сигналы являются исключительно вспомогательными устройствами и не заменяют, а дополняют визуальный высотомер, который остается основным инструментом для поддержания информации о высоте. Появление современных парашютных дисциплин, таких как свободно летающий, в котором земля может не находиться в поле зрения в течение долгих периодов времени, сделали использование звуковых устройств почти универсальным, и практически все парашютные шлемы поставляются с одним или несколькими встроенными портами, в которые может быть помещен звуковой сигнал. Звуковые сигналы не рекомендуются и часто запрещены к использованию студентами-парашютистами, которым необходимо создать для себя надлежащий режим осведомленности о высоте.
• Вспомогательные визуальные высотомеры. Они не показывают точную высоту, а скорее помогают поддерживать общий показатель периферийного зрения. Они могут либо работать в тандеме со звуковым сигналом, оборудованным соответствующим портом, и в этом случае они излучают предупреждающие вспышки, дополняющие звуковые сигналы, либо быть автономными и использовать другой режим отображения, например, показывать зеленый или красный свет в зависимости от высоты.

Говорящий высотомер в шлеме для прыжков с парашютом

• Говорящие высотомеры (также известные как голосовые высотомеры). Другой тип альтиметра, который сочетает в себе функции звукового и визуального альтиметра. Устройство имеет все необходимые высоты, используемые в парашютном спорте, и объявляет это числом на родном языке парашютистов. Они также вставлены в шлем (такой же размер кармана, как и для звуковых сигналов), но издают голос с автоматической регулировкой громкости в зависимости от скорости до четкого слышимости. Обычно у говорящих высотомеров есть настройка программного обеспечения через мобильное приложение. Основная цель этого типа альтиметра - надежная функция безопасности для опытных парашютистов, поэтому они всегда знают свое текущее положение, что очень полезно для FS организаторы загрузки или AFF инструкторы тоже.

Точный выбор высотомеров сильно зависит от индивидуальных предпочтений парашютиста, уровня опыта, основных дисциплин, а также от типа прыжка.^[5] С одной стороны, демонстрационный прыжок на малой высоте с приземлением на воду и без свободного падения может отказаться от обязательного использования высотомеров и вообще не использовать их. Напротив, джемпер делает свободно летающий для прыжков и полетов на куполе с высокими характеристиками может использоваться механический аналоговый высотомер для удобства при свободном падении, встроенный в шлем звуковой сигнал для предупреждения о высоте отрыва, дополнительно запрограммированный на направляющие звуковые сигналы для полета под куполом, а также цифровой высотомер на повязке на руку для быстро взглянув на точную высоту при приближении. Другой парашютист, выполняющий аналогичные типы прыжков, мог бы носить цифровой альтиметр в качестве основного визуального, предпочитая прямое считывание высоты на цифровом дисплее.

Использование в самолетах

Самолетный высотомер барабанного типа, показывающий малую Коллсман окна внизу слева (гектопаскали) и внизу справа (дюймы ртутного столба) лица.

В самолете анероидный барометр измеряет атмосферное давление из статический порт вне самолета. Давление воздуха уменьшается с увеличением высоты - примерно 100 гектопаскали за 800 метры или один дюйм ртути на 1000 ноги возле уровень моря.

Старый самолетный высотомер

Анероидный альтиметр откалиброван так, чтобы давление отображалось непосредственно как высота над уровнем моря. средний уровень моря, в соответствии с математическим модельная атмосфера определяется Международная стандартная атмосфера (ЭТО). В более старых самолетах использовался простой барометр-анероид где игла сделала менее одного оборота вокруг лица от нуля до полной шкалы. Эта конструкция эволюционировала в высотомеры с первичной стрелкой и одной или несколькими вторичными стрелками, которые показывают количество оборотов, аналогично стрелке. циферблат. Другими словами, каждая стрелка указывает на разные цифры текущего измерения высоты. Однако этот дизайн потерял популярность из-за риска неправильного понимания в стрессовых ситуациях. Конструкция развивалась далее до барабанных высотомеров, последнего шага в аналоговой аппаратуре, где каждый оборот одной иглы составлял 1000 футов (300 метров), с шагом в тысячу футов, записываемым на числовом одометр -типа барабан. Чтобы определить высоту, пилот должен сначала прочитать барабан, чтобы определить тысячи футов, а затем посмотреть на стрелку, чтобы увидеть сотни футов. Современные аналоговые высотомеры в транспортных самолетах, как правило, барабанного типа. Последняя разработка в области ясности - это Электронная система пилотажных приборов со встроенными цифровыми дисплеями высотомера. Эта технология пришла из авиалайнеры и военные самолеты, пока они не стали стандартом во многих авиация общего назначения самолет.

В современных самолетах используется «чувствительный высотомер». На чувствительной высотомер, опорное давление на уровне моря можно регулировать с помощью ручки настройки. Эталонное давление, дюйм дюймы ртутного столба в Канада и Соединенные Штаты, и гектопаскалях (ранее миллибары ) в другом месте отображается в маленьком Коллсман окно,^[6] на циферблате самолетного высотомера. Это необходимо, поскольку эталонное атмосферное давление на уровне моря в данном месте со временем изменяется в зависимости от температуры и движения системы давления в атмосфере.

Схема, показывающая внутренние компоненты чувствительного авиационного альтиметра.

В авиация по терминологии региональное или местное атмосферное давление на среднем уровне моря (MSL) называется QNH или же "установка высотомера ", и давление, которое будет откалибровать высотомер, чтобы показать высоту над землей при заданном аэродром называется QFE поля. Однако высотомер не может быть настроен на колебания температуры воздуха. Отличия температуры от модели ISA, соответственно, вызовут ошибки в отображении высоты.

В аэрокосмической отрасли механические автономные высотомеры, основанные на диафрагма сильфоны были заменены интегрированными системами измерения, которые называются ЭВМ (АЦП). Этот модуль измеряет высоту, скорость полета и внешнюю температуру, чтобы обеспечить более точные выходные данные, позволяющие автоматически управлять полетом и эшелон полета разделение. Несколько высотомеров можно использовать для проектирования система сравнения давления для предоставления информации о позиционных углах самолета для дальнейшей поддержки инерциальная навигационная система расчеты.

Использование в транспортном средстве с эффектом земли

После обширных исследований и экспериментов было показано, что "фазовые радиовысотомеры" наиболее подходят для экранопланы по сравнению с лазерными, изотропными или ультразвуковыми высотомерами.^[7]

Звуковой высотомер

В 1931 году ВВС США и компания General Electric испытали акустический высотомер для самолета, который считался более надежным и точным, чем тот, который полагался на давление воздуха в условиях сильного тумана или дождя. Новый альтиметр использовал серию высоких звуков, подобных тем, что издает летучая мышь, для измерения расстояния от самолета до поверхности, которое по возвращении в самолет преобразовывалось в ступни, показанные на измерителе внутри кабины самолета.^[8]

Радарный высотомер

А радиолокационный высотомер измеряет высоту более точно, используя время, необходимое для отражения радиосигнала от поверхности обратно в самолет. В качестве альтернативы можно использовать радар непрерывного излучения с частотной модуляцией. Чем больше сдвиг частоты, тем дальше пройдено расстояние. Этот метод может обеспечить гораздо лучшую точность, чем импульсный радар, при тех же затратах, а радарные высотомеры, использующие частотную модуляцию, являются отраслевым стандартом. Радиолокационный высотомер используется для измерения высоты над уровнем земли при посадке коммерческих и военных самолетов. Радарные высотомеры также являются компонентом систем предупреждения о препятствиях на местности, предупреждая пилота, если самолет летит слишком низко или если впереди есть возвышающаяся местность. Технология радарного высотомера также используется в радар слежения за ландшафтом позволяя самолет истребитель летать на очень малой высоте.

Высотомер на этом Пайпер ПА-28 виден в верхнем ряду инструментов, второй справа

спутниковая система навигации

спутниковая система навигации (GPS) приемники также могут определять высоту по трилатерация с четырьмя или более спутники. В самолетах высота, определенная с помощью автономного GPS, недостаточно надежна, чтобы заменить высотомер давления без использования какого-либо метода увеличение.^[9] В походах и скалолазании часто бывает, что высота, измеренная GPS, отличается на целых 400 футов (122 метра) в зависимости от ориентации спутника.^[10]

Другие виды транспорта

Альтиметр - это дополнительный инструмент для внедорожников, помогающий в навигации. Некоторые высокопроизводительные роскошные автомобили, которые никогда не предназначались для выезда с асфальтированных дорог, например, Duesenberg в 1930-е гг. также были оснащены высотомерами.

Путешественники и альпинисты использовать ручные или наручные барометрические высотомеры, как и парашютисты.

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка