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. Наиболее распространенной единицей калибровки альтиметра во всем мире является 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 необходимо правильно откалибровать местное барометрическое давление.
Научные принципы, лежащие в основе альтиметра, были впервые написаны преподобным Александром Брайсом, шотландским министром и астрономом в 1772 году, который понял, что принципы барометра можно отрегулировать для измерения высоты. [2]
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 есть 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 высотомера 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 следует 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. [4]
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 кто-то 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, туристы должны периодически калибровать свои высотомеры, когда они достигают известной высоты, например, пересечения троп или пика, отмеченного на топографической карте.
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 важно знать высоту, 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: [5]
Точный выбор высотомеров сильно зависит от индивидуальных предпочтений парашютиста, уровня опыта, основных дисциплин, а также от типа прыжка. [6] 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 с помощью направляющих звуковых сигналов для полета под куполом, а также цифровой высотомер на повязке на руку для быстро оценивая точную высоту при приближении. Другой парашютист, выполняющий аналогичные типы прыжков, может носить цифровой альтиметр в качестве основного визуального, предпочитая прямое считывание высоты на цифровом дисплее.
В самолете барометр-анероид измеряет атмосферное давление из статического порта вне самолета. Давление воздуха снижается с увеличением высоты - примерно 100 гектопаскалей на 800 метров или один дюйм ртутного столба на 1000 футов вблизи уровня моря .
Высотомер-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 совершала менее одного оборота вокруг лица от нуля до полной шкалы. Эта конструкция превратилась в трехстрелочные 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 прочтения 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 электронная система пилотажных 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 .
Современные самолеты используют «чувствительный высотомер». На чувствительном альтиметре опорное давление на уровне моря можно отрегулировать с помощью ручки настройки. Эталонное давление в дюймах ртутного столба в Канаде и Соединенных Штатах и в гектопаскалях ( ранее миллибарах ) в других местах отображается в маленьком окошке Коллсмана [7] 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 указании высоты.
В аэрокосмической отрасли механические автономные высотомеры, основанные на диафрагменных сильфонах, были заменены интегрированными измерительными системами, которые называются компьютерами данных по воздуху (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 .
После обширных исследований и экспериментов было показано, что «фазовые радиовысотомеры» наиболее подходят для наземных транспортных средств по сравнению с лазерными, изотропными или ультразвуковыми высотомерами. [8]
В 1931 году армейский авиационный корпус США и компания General Electric испытали звуковой высотомер для самолетов, 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. [9]
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 радиолокационные высотомеры, использующие частотную модуляцию, являются отраслевым стандартом. Радарный высотомер используется для измерения высоты над уровнем земли во время посадки 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 радарах для отслеживания местности.позволяя истребителям летать на очень малой высоте.
Лидарная технология используется для навигации вертолета «Изобретательность» во время его рекордных полетов над землей Марса с помощью направленного вниз лидарного альтиметра. [10]
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 . [11] В походах и скалолазании часто бывает, что высота, измеренная GPS, отличается на целых 400 футов (122 метра) в зависимости от ориентации спутника. [12]
Альтиметр - это дополнительный инструмент для внедорожников, помогающий в навигации. Некоторые высокопроизводительные роскошные автомобили, которые никогда не предназначались для выезда с асфальтированных дорог, такие как Duesenberg в 1930-х годах, также были оснащены высотомерами.
Путешественники и альпинисты используют ручные или наручные барометрические высотомеры, как и парашютисты .
Викискладе есть медиафайлы по теме высотомера . |