Высотомер или измеритель высоты представляет собой инструмент , используемый для измерения высоты объекта выше установленного уровня. Измерение высоты называется альтиметрией , что связано с термином батиметрия , измерение глубины под водой. Самая распространенная единица измерения для калибровки высотомера - гектопаскалях (гПа), за исключением Северной Америки и Японии, где используются дюймы ртутного столба ( дюймы ртутного столба). [1] Для получения точных показаний высоты в футах или метрах местное барометрическое давление должно быть правильно откалибровано.
Альтиметр давления [ править ]
Высота может быть определена на основе измерения атмосферного давления . Чем больше высота, тем ниже давление. Когда барометр поставляется с нелинейной калибровкой для индикации высоты, прибор называется высотомером давления или барометрическим высотомером. Альтиметр давления - это высотомер, который используется в большинстве самолетов , и парашютисты используют его версии для аналогичных целей, которые крепятся 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
где c - постоянная величина, T - абсолютная температура, P - давление на высоте z, а P o - давление на уровне моря. Константа c зависит от ускорения свободного падения и молярной массы воздуха. Однако необходимо знать, что этот тип высотомера зависит от «высоты по плотности», и его показания могут отличаться на сотни футов из-за внезапного изменения давления воздуха, например, из-за холодного фронта, без каких-либо фактических изменений высоты. [3]
Использование в походах, скалолазании и катании на лыжах [ править ]
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 очень 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.
Парашютизм [ править ]
Высотомер - самый важный элемент снаряжения для прыжков с парашютом 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 очень важна информация о высоте, существует большое разнообразие конструкций высотомеров, разработанных специально для использования в этом виде спорта, и парашютист, не являющийся учеником, обычно использует два или более высотомеров в одном прыжке: [4]
- Механические аналоговые визуальные высотомеры на руке, запястье или груди . Это самый простой и распространенный тип, который используется (и обычно обязателен) практически всеми студентами-парашютистами. Обычный дизайн имеет циферблат, отмеченный от 0 до 4000 м (или от 0 до 12000 футов, имитирующий циферблат.), на котором стрелка указывает на текущую высоту. Спортивные секции лицевой панели заметно отмечены 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 , устанавливаемые 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 зону сброса.расположен на высоте, отличной от вашего дома, что может привести к потенциально смертельной 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 известные как «dytters», обобщенная торговая марка 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 разных высотах, несколько сохраненных профилей, которые можно быстро переключать, электронный журнал с передачей данных на ПК для последующего анализа, четкое свободное падение и режимы купола с разной высотой предупреждения, свупзвуковые сигналы приближения и т. д. Звуковые сигналы являются строго вспомогательными устройствами и не заменяют, а дополняют визуальный высотомер, который остается основным инструментом для поддержания информации о высоте. С появлением современных парашютных дисциплин, таких как свободный полет , при котором земля может не находиться в поле зрения в течение длительного периода времени, стало почти универсальным использование звуковых сигналов, и практически все парашютные шлемы поставляются с одним или несколькими встроенными порты, в которых может быть размещен 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.
- 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 устройств), но издают голос с автоматической регулировкой громкости в зависимости от скорости до четкого слуха. 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 организаторов загрузки FS или инструкторов AFF .
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, летящий свободнодля 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 [ править ]
В самолете барометр-анероид измеряет атмосферное давление в статическом порте вне самолета. Давление воздуха уменьшается с увеличением высоты - примерно 100 гектопаскалей на 800 метров или один дюйм ртутного столба на 1000 футов вблизи уровня моря .
Альтиметр-анероид откалиброван так, чтобы показывать давление непосредственно как высоту над средним уровнем моря в соответствии с математической моделью атмосферы, определенной Международной стандартной атмосферой (ISA). В более старых самолетах использовался простой барометр-анероид, в котором стрелка делала менее одного оборота вокруг лица от нуля до полной шкалы. Эта конструкция превратилась в высотомеры с основной стрелкой и одной или несколькими вспомогательными стрелками, которые показывают количество оборотов, как на циферблате.. 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 единственной стрелки составлял 1000 футов (300 метров), с шагом в тысячу футов, записываемым на цифровом барабане типа одометра . 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. Последней разработкой в области ясности является система электронных летных приборов.со встроенными цифровыми дисплеями высотомера. Эта технология унаследовала от авиалайнеров и военных самолетов, пока она не стала стандартом для многих самолетов авиации общего назначения .
В современных самолетах используется «чувствительный высотомер». На чувствительной высотомер, опорное давление на уровне моря можно регулировать с помощью ручки настройки. Эталонное давление в дюймах ртутного столба в Канаде и Соединенных Штатах и в гектопаскалях ( ранее миллибарах ) в других странах отображается в маленьком окошке Коллсмана [6] на лицевой стороне высотомера самолета. Это необходимо, поскольку эталонное атмосферное давление на уровне моря в данном месте со временем изменяется в зависимости от температуры и движения систем давления в атмосфере.
В авиационной терминологии, региональное или местное давление воздуха на среднем уровне моря (MSL) называется QNH или « установки высотомера », и давление , которое будет откалибровать высотомер , чтобы показать высоту над землей на данном аэродроме называется QFE из поле. 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 диафрагменных сильфонах, были заменены интегрированными системами измерения, которые называются компьютерами данных о воздухе (ADC). Этот модуль измеряет высоту, скорость полета и внешнюю температуру, чтобы обеспечить более точные выходные данные, позволяющие автоматически управлять полетом и делить эшелоны полета . Для разработки системы отсчета давления можно использовать несколько высотомеров, чтобы предоставить информацию о позиционных углах самолета для дальнейшей поддержки расчетов инерциальной навигационной системы .
Использование в транспортном средстве с эффектом земли [ править ]
После обширных исследований и экспериментов было показано, что «фазовые радиовысотомеры» являются наиболее подходящими для наземных транспортных средств по сравнению с лазерными, изотропными или ультразвуковыми высотомерами. [7]
Звуковой альтиметр [ править ]
В 1931 году Воздушный корпус армии США и компания General Electric испытали звуковой высотомер для самолетов, который считался более надежным и точным, чем тот, который полагался на давление воздуха при сильном тумане или дожде. 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 [ править ]
Радиовысотомер высоты измеряет более непосредственно, используя время , необходимое для радиосигнала для отражения от поверхности обратно к самолету. 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 радиолокационного высотомера также используется в радарах для отслеживания местности.позволяя истребителям летать на очень малой высоте.
Глобальная система позиционирования [ править ]
Приемники глобальной системы позиционирования (GPS) также могут определять высоту путем трилатерации с четырьмя или более спутниками . В самолетах высота, определенная с помощью автономного GPS, недостаточно надежна, чтобы заменить высотомер давления без использования какого-либо метода увеличения . [9] В походах и скалолазании часто бывает, что высота, измеренная с помощью GPS, отклоняется на целых 400 футов (122 метра) в зависимости от ориентации спутника. [10]
Другие виды транспорта [ править ]
Альтиметр - это дополнительный инструмент для внедорожников, помогающий в навигации. Некоторые высокопроизводительные роскошные автомобили, которые никогда не должны были покидать асфальтированные дороги, такие как Duesenberg в 1930-х годах, также были оснащены высотомерами.
Путешественники и альпинисты используют ручные или наручные барометрические высотомеры, как и парашютисты .
См. Также [ править ]
- Акронимы и сокращения в авионике
- Рекомендации ИКАО по использованию Международной системы единиц
- Летные инструменты
- Эшелон полета
- Гипсометр
- Jason-1 и Ocean Surface Topography Mission (Jason-2) - спутниковые миссии, в которых используются высотомеры для измерения высоты морской поверхности.
- Датчик уровня
- Лидар
- Датчик давления
- Основной индикатор полета
- Радарный высотомер
- Спутниковая геодезия
- Рейс 1951 Турецких авиалиний , авария из-за неисправного радиовысотомера.
- Рейс 389 United Airlines , авария из-за неправильного показания высотомера
- Вариометр , измеритель скорости изменения высоты
Ссылки [ править ]
- ^ Сумасшедшие, смешанные единицы измерения авиации - AeroSavvy
- ^ Крокер, Грэм Джексон, Крис. «Применение высотомеров при измерении высоты» . www.hills-database.co.uk . Архивировано 25 октября 2017 года . Проверено 29 апреля 2018 года .
- ^ "Как работают авиационные инструменты". Popular Science , март 1944 г., стр. 118.
- ^ «Что такое высотомер для прыжков с парашютом (и как он работает?)» . Прыжки с парашютом Уосатч . Архивировано 23 апреля 2015 года . Дата обращения 2 февраля 2015 .
- ^ Хоук, Джон. «Цифровой или аналоговый высотомер» . Dropzone.com . Архивировано 6 февраля 2015 года . Дата обращения 2 февраля 2015 .
- ^ "Архивная копия" . Архивировано 25 июня 2006 года . Проверено 15 июня 2006 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ Небылы, профессор Александр и Sharan Сакрит. «Сравнительный анализ вариантов конструкции системы измерения параметров полета на малых высотах».17-й симпозиум МФБ по автоматическому контролю.
- ^ "Метр дает высоту" , Popular Science , март 1931 г.
- ^ Альбери, Маттео; Бальдончини, Марика; Боттарди, Карло; Кьярелли, Энрико; Фиорентини, Джованни; Раптис, Кассандра Джулия Кристина; Реалини, Эухенио; Регуццони, Мирко; Росси, Лоренцо; Сампьетро, Даниэле; Страти, Вирджиния; Мантовани, Фабио (16 августа 2017 г.). «Точность измерения высоты полета с помощью недорогих датчиков GNSS, радара и барометра: значение для радиометрических исследований с воздуха». Датчики . 17 (8): 1889. arXiv : 1802.00327 . DOI : 10.3390 / s17081889 .
- ^ "Понимание точности чтения высоты GPS" . Garmin . Архивировано 5 марта 2020 года . Проверено 14 марта 2020 года .
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме высотомер . |
