Вариометр - Variometer

А вариометр - также известный как индикатор скорости набора высоты и спуска (RCDI), индикатор скорости набора высоты, индикатор вертикальной скорости (VSI), или же индикатор вертикальной скорости (VVI) - один из летные инструменты в самолет используется для информирования пилот из скорость снижения или набора высоты.^[1] Его можно откалибровать в метров в секунду, футов в минуту (1 фут / мин = 0,00508 м / с) или узлы (1 кн ≈ 0,514 м / с) в зависимости от страны и типа самолета. Обычно он подключается к внешнему статическое давление источник.

В питании полет пилот часто использует VSI чтобы убедиться, что горизонтальный полет сохраняется, особенно во время разворотов. В скольжение, прибор используется почти постоянно во время нормального полета, часто со звуковым сигналом, чтобы информировать пилота о подъеме или опускании воздуха. Обычно планеры оснащаются более чем одним типом вариометров. Более простой тип не требует внешнего источника питания и, следовательно, может работать независимо от того, установлена ​​ли батарея или источник питания. Электронному типу со звуком требуется источник питания, чтобы он работал во время полета. Инструмент малоинтересен при запуске и посадке, за исключением авианосец, где пилот обычно старается избегать попадания в раковину.

Индикатор вертикальной скорости от Робинзон R22. Это наиболее распространенный тип, используемый в самолет, показывающая вертикальную скорость в футах в минуту (фут / мин).

Вариометр для парапланы, дельтапланы, и воздушные шары, показывающая вертикальную скорость с помощью ленточного индикатора и числового значения, показывающая вертикальную скорость в метрах в секунду (м / с).

Описание

Схематическое изображение внутренних устройств классического индикатора вертикальной скорости самолета

Вариометры измеряют скорость изменения высоты, определяя изменение атмосферного давления (статического давления) при изменении высоты. Простой вариометр можно сконструировать, добавив большой резервуар (термос), чтобы увеличить емкость обычного прибора для измерения скорости набора высоты самолета. В своей простейшей электронной форме прибор состоит из баллона с воздухом, подключенного к внешней атмосфере через чувствительный расходомер воздуха. Когда самолет меняет высоту, атмосферное давление за пределами самолета изменяется, и воздух поступает в баллон с воздухом или выходит из него, чтобы уравнять давление внутри баллона и снаружи самолета. Скорость и направление потока воздуха измеряются путем охлаждения одного из двух самонагревающихся термисторы а разница между сопротивлениями термисторов вызовет разность напряжений; это усиливается и отображается пилоту. Чем быстрее самолет поднимается (или опускается), тем быстрее движется воздух. Выходящий из баллона воздух указывает на то, что высота самолета увеличивается. Воздух, поступающий в баллон, указывает на то, что самолет снижается.

Новые конструкции вариометров напрямую измеряют статическое давление атмосферы с помощью датчика давления и обнаруживают изменения высоты непосредственно по изменению давления воздуха, а не путем измерения расхода воздуха. Эти конструкции имеют тенденцию быть меньше, поскольку они не нуждаются в воздушном баллоне. Они более надежны, поскольку на них нет бутылки, на которую могут повлиять перепады температуры, и меньше шансов возникновения утечек в соединительных трубках.

Описанные выше конструкции, которые измеряют скорость изменения высоты путем автоматического определения изменения статического давления при изменении высоты самолета, называются «некомпенсированными» вариометрами. Термин «индикатор вертикальной скорости» или «VSI» чаще всего используется для обозначения прибора, когда он установлен на летательном аппарате с двигателем. Термин «вариометр» чаще всего используется, когда прибор установлен на планере или планере.

В «инерционном» или «мгновенном» VSI (IVSI) используются акселерометры, чтобы обеспечить более быструю реакцию на изменения вертикальной скорости.^[2]

Панельный вариометр для планеры, показывающая вертикальную скорость в узлах (узлов).

Цель

Люди, в отличие от птиц и других летающих животных, не могут непосредственно ощущать скорость набора высоты и снижения. До изобретения вариометра планер пилотам было очень трудно парить. Хотя они легко могли обнаружить резкие изменения в вертикальной скорости («на сиденье штанов») их чувства не позволяли им отличить подъем от раковины или сильный подъем от слабого подъема. В действительный Скорость подъема / снижения нельзя было даже предположить, если поблизости не было каких-то четких фиксированных визуальных ориентиров. Находиться рядом с фиксированной точкой отсчета означает находиться рядом со склоном холма или с землей. За исключением полета на холме (использование подъемника рядом с восходящей стороной холма), это, как правило, очень невыгодное положение для пилотов-планеристов. Наиболее полезные формы подъема (тепловой и волна лифт) обнаруживаются на больших высотах, и пилоту очень сложно обнаружить или использовать их без вариометра. После изобретения вариометра в 1929 г. Александр Липпиш и Роберт Кронфельд,^[3] спорт скольжение переехал в новое царство.

Вариометры также стали важными в дельтаплане с пешим запуском, когда пилот на открытом воздухе слышит ветер, но ему нужен вариометр, чтобы помочь ему или ей обнаруживать области восходящего или опускающегося воздуха. В раннем дельтапланеризме вариометры не требовались для коротких полетов или полетов рядом с гребным подъемником. Но вариометр стал ключевым, когда пилоты начали совершать более длительные полеты. Первым портативным вариометром для дельтапланов стал вариометр Colver от Colver Soaring Instruments. ^[4] который расширил этот вид спорта до термических полетов по пересеченной местности.^[5][6]

Полная компенсация энергии

Однако по мере развития планеризма выяснилось, что у этих очень простых «некомпенсированных» инструментов есть свои ограничения. Информация, которая действительно нужна пилотам-планеристам, чтобы парить, - это общее изменение энергии, испытываемой планером, включая высоту и скорость. Некомпенсированный вариометр просто укажет вертикальную скорость планера, что дает возможность "палка термическая, "т.е. изменение высоты, вызванное только движением джойстика. Если пилот оттягивает ручку, планер поднимется, но также замедлится. Но если планер поднимается без изменения скорости, это признак реального подъемника, а не "подъемника рукояти".

Компенсированные вариометры также включают информацию о скорости самолета, поэтому общая энергия (потенциал и кинетический ), а не только изменение высоты. Например, если пилот толкает ручку вперед, увеличивая скорость при пикировании самолета, нескомпенсированный вариометр указывает только на потерю высоты. Но пилот мог тянуть ручку, снова меняя дополнительную скорость на высоту. Компенсированный вариометр использует скорость и высоту, чтобы указать изменение общей энергии. Таким образом, пилот, который толкает ручку вперед, ныряет, чтобы набрать скорость, а затем снова тянется назад, чтобы набрать высоту, не заметит никаких изменений в общей энергии на компенсированном вариометре (без учета потерь энергии из-за сопротивления).

Большинство современных планеров оснащены Общая энергия компенсирована вариометры.

Теоретическая компенсация полной энергии

Полная энергия самолета составляет:

1. ${ displaystyle E _ { text {tot}} = E _ { text {pot}} + E _ { text {kin}}}$

куда ${ displaystyle E _ { text {pot}}}$ - потенциальная энергия, а ${ displaystyle E _ { text {kin}}}$ кинетическая энергия. Итак, изменение общей энергии составляет:

2. ${ displaystyle Delta E _ { text {tot}} = Delta E _ { text {pot}} + Delta E _ { text {kin}}}$

С

3. Потенциальная энергия пропорциональна высоте.

${ displaystyle E _ { text {pot}} = mgh}$

куда ${ displaystyle m}$ масса планера и ${ displaystyle g}$ ускорение свободного падения

и

4. Кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости,

${ displaystyle E _ { text {kin}} = {1 более 2} мВ ^ {2}}$

затем из 2:

5. ${ displaystyle Delta E _ { text {tot}} = mg Delta h + {1 over 2} m { Delta V} ^ {2}}$

6. Обычно это преобразуется в эффективное изменение высоты путем деления на ускорение свободного падения и массу летательного аппарата, так что:

${ displaystyle { Delta E _ { text {tot}} over mg} = Delta h + {{ Delta V} ^ {2} over 2g}}$

VSI в этом Фургонный Самолет РВ-4 легкий самолет находится внутри желтого прямоугольника.

Полная компенсация энергии на практике

В большинстве планеров компенсация полной энергии достигается путем подключения вариометра к атмосфере через «зонд полной энергии», который создает вакуум, пропорциональный квадрату воздушной скорости планера - по сути, отрицательный пито. В качестве альтернативы, вычитание может производиться бортовым компьютером электронным способом на основе указанной воздушной скорости (пито).

Очень немногие самолеты с двигателем имеют вариометры полной энергии. Пилотов самолетов с двигателем больше интересует истинная скорость изменения высоты, поскольку они часто хотят удерживать постоянную высоту или поддерживать постоянный набор высоты или снижение.

Зонд полной энергии имел форму классического Вентури (две маленькие воронки, соединенные друг с другом узкими концами), или в настоящее время Ирвинг Трубка - прорезь или пара отверстий на задней стороне вертикальной трубки четверть дюйма. Геометрия датчика полной энергии такова, что воздушный поток создает всасывание (пониженное давление).

Чтобы максимизировать точность этого эффекта компенсации, датчик полной энергии должен находиться в невозмущенном воздушном потоке перед носовым или хвостовым оперением самолета ("Трубка Брауншвейга ",^[7] длинная консольная труба с изломом на конце, который можно увидеть, выступая из передней кромки хвостового оперения на большинстве современных планеров.)

Идеальное место для вариометра полной энергии - это место в поле потока вокруг самолета, где коэффициент давления отрицательный.

Вариометр Netto

Второй тип компенсированного вариометра - это Нетто или масса воздуха вариометр. Помимо компенсации TE, вариометр Netto регулирует внутреннюю скорость снижения планера на заданной скорости ( полярная кривая ) с поправкой на нагрузка на крыло из-за водяного балласта. Вариометр Netto всегда будет показывать ноль в неподвижном воздухе. Это дает пилоту возможность точного измерения вертикального движения воздушных масс, критически важных для финального планирования (последнее планирование до конечной точки назначения).

В Относительный вариометр Нетто указывает вертикальную скорость, которую достигнет планер, ЕСЛИ он летит с термической скоростью, независимо от текущей воздушной скорости и положения. Это значение рассчитывается как показание Netto за вычетом минимального снижения параплана.

Когда планер вращается до теплового состояния, пилоту необходимо знать вертикальную скорость планера, а не скорость воздушной массы. В Относительный вариометр Нетто (или иногда супер нетто) включает g-сенсор для обнаружения термического воздействия.

При термическом воздействии датчик обнаруживает ускорение (гравитационное плюс центробежное) выше 1 g и сообщает относительному нетто-вариометру, чтобы он прекратил вычитать полярную скорость снижения планера с поправкой на нагрузку на крыло на время. Некоторые ранние nettos использовали ручной переключатель вместо датчика g.

Электронные вариометры

В современных планерах большинство электронных вариометров генерируют звук, высота и ритм которого зависит от показаний прибора. Обычно частота звукового сигнала увеличивается по мере того, как вариометр показывает более высокую скорость набора высоты, и уменьшается частота в сторону глубокого стона, поскольку вариометр показывает более высокую скорость снижения. Когда вариометр показывает набор высоты, тон часто прерывается, и скорость резания может увеличиваться по мере увеличения скорости набора высоты, в то время как во время снижения тон не прерывается. Варио обычно бесшумно в неподвижном воздухе или при подъемной силе, которая ниже, чем типичная скорость снижения планера на минимальная раковина. Этот звуковой сигнал позволяет пилоту сосредоточиться на внешнем виде вместо того, чтобы смотреть на приборы, что повышает безопасность, а также дает пилоту больше возможностей для поиска многообещающих облаков и других признаков подъемной силы. Вариометр, который производит этот тип звукового сигнала, известен как «аудиовариометр».

Современные электронные вариометры в планерах могут предоставить пилоту другую информацию из GPS приемники. Таким образом, дисплей может отображать азимут, расстояние и высоту, необходимые для достижения цели. В крейсерском режиме (используется в прямом полете) вариометр также может давать звуковую индикацию правильной скорости полета в зависимости от того, поднимается или опускается воздух. Пилоту просто нужно ввести расчетную МакКриди настройка, которая представляет собой ожидаемую скорость набора высоты в следующем приемлемом термике.

Существует растущая тенденция использования усовершенствованных вариометров в планерах к полетным компьютерам (с показаниями вариометров), которые также могут предоставлять такую ​​информацию, как контролируемое воздушное пространство, списки точек поворота и даже предупреждения о столкновениях. Некоторые из них также сохраняют позиционные данные GPS во время полета для последующего анализа.

Радиоуправляемое парение

Вариометры также используются в контролируется радио планеры. Каждая система вариометра состоит из радио передатчик в планере и приемник на земле для использования пилотом. В зависимости от конструкции приемник может сообщать пилоту текущую высоту планера и дисплей, который показывает, набирает ли планер высоту или теряет ее - часто с помощью звукового сигнала. Другие формы телеметрия может также предоставляться системой, отображающей такие параметры, как скорость полета и напряжение аккумулятора. Вариометры, используемые в радиоуправляемых планерах, могут иметь или не иметь полную компенсацию энергии.

Вариометры не являются обязательными для радиоуправляемых планеров; Опытный пилот обычно может определить, идет ли планер вверх или вниз, только по визуальным подсказкам. Использование вариометров запрещено в некоторых парящих конкурсы для радиоуправляемых планеров.

Смотрите также

• Основной индикатор полета
• Рекомендации ИКАО по использованию Международной системы единиц
• Дельтапланеризм
• Полеты на параплане
• Скорость летать

Рекомендации

Библиография

Простой датчик полной энергии, NASA TM X-73928, март 1976 г.