Ответственным параметром полета является высота над поверхностью Земли. Приборы, измеряющие высоту полета, называются высотомерами. По методу измерения высоты они делятся на барометрические, звуковые, радиовысотомеры и другие.

Различают следующие высоты полета (см. рис. 3.27).

Абсолютная высота, то есть высота полета относительно уровня моря. Она не зависит от рельефа местности, над которой пролетает самолет. Истинная высота, то есть высота над пролетаемой местностью. Она равна разности между абсолютной высотой и высотой местности над уровнем моря. Относительная высота, то есть высота полета относительно какого-либо условного места, например, аэродрома. Рассмотренные разновидности высот полета условны. Сам же барометрический высотомер всегда измеряет относительную высоту, то есть высоту относительно места, значение параметров которого были приняты при тарировке (уровень моря). В отличие от этого радиовысотомер принципиально измеряет истинную высоту. Для получения значения истинной высоты с помощью барометрического высотомера в его показания необходимо внести ряд поправок. Приближенно истинная высота получается путем вычисления из абсолютной высоты известного превышения местности под самолетом.

Принцип действия барометрического высотомера основан на использовании закона изменения давления воздуха с увеличением высоты над уровнем моря (рис. 3.29).

На рис. 3.30 представлена принципиальная схема механического барометрического высотомера. Он представляет собой манометр абсолютного давления, измеряющий атмосферное давление. Основным его элементом является анероид, реагирующий на изменение атмосферного давления. Анероид – это герметичная мембранная коробка 4, из которой полностью откачен воздух. Поскольку кабина самолета герметична, то для нормальной работы высотомера анероид помещают в герметичный корпус 3, который сообщается с атмосферой в условиях полета с помощью приемника статического давления 1 и трубопровода 2. Действие механизма высотомера аналогично действию указателя приборной скорости (рис. 3.4).

При подъеме на высоту давление на анероид уменьшается и верхний (жесткий) центр анероида 4 перемещается вверх. С центром шарнирно связана тяга 5, поворачивающая через кривошип 6 зубчатый сектор 7. Поворот сектора передается трибке 8 и стрелке 9. По шкале 10 производится отсчет показаний высотомера в единицах высоты (км, м).

Ценность механического барометрического высотомера заключается в его простоте и исключительно высокой надежности. В связи с этим этот прибор применяется как пилотажный резервный на посадке и взлете с учетом рельефа местности, то есть с учетом разности давлений мест взлета и посадки. Значение абсолютной барометрической высоты (индикаторная приборная высота) используется для эшелонирования по высоте с целью предотвратить столкновение самолетов в полете (рис. 3.29). По структуре эшелона видна структура погрешностей: ΔН и – инструментальная погрешность высотомера, ΔН ПВД – погрешность от ПВД, ΔН стаб – погрешность стабилизации самолета, ΔН без – зона безопасности. Видно, что основную часть погрешностей составляют погрешности прибора вместе с ПВД. Считается, что этой точности достаточно для систем управления воздушным движением при условии, что эшелоны расположены на достаточно большой высоте над уровнем Земли. Тут речь не идет о таких летательных аппаратах, как экраноплан, судно на воздушной подушке.

Зависимость давления от высоты дает барометрическая формула . Для высот от 0 до 11000 м барометрическая формула имеет вид

. (3.24)

Для высот выше 11000 м

, (3.25)

где Р Н – абсолютное давление на высоте Н в кг/м 2 ; τ – температурный градиент, изменение температуры воздуха, соответствующее изменению высоты на 1 м, равен среднегодовому значению τ = 0,0065 град/м; Н – высота в м;

Р о – атмосферное давление у моря в кг/м 2 ; R – газовая постоянная, R = 29,27 м/град; Т о – абсолютная температура у моря в о К (273 о +t о С); Р 11 – давление на высоте 11000 в кг/м 2 ; Т 11 – температура на высоте 11000 м.

Решая формулы (3.24) и (3.25) относительно высоты Н , получим так называемые гипсометрические формулы. Для высот от 0 до 11000 м гипсометрическая формула имеет вид

; (3.26)

для высот более 11000 м

. (3.27)

Из этих формул видно, что измеряемая высота зависит от четырех параметров

.

Из этого следует, что барометрический метод позволяет вычислить высоту полета относительно любого уровня местности, если известны значения Р о, Т о, Р Н. Однако при конструировании и производстве барометрических высотомеров в качестве расчетного уровня принимается уровень моря. Кроме того, все величины параметров формул (3.24) – (3.27) берутся по стандартной атмосфере . Барометрический высотомер тарируется для так называемых стандартных нормальных условий, когда Р о = 760 мм рт. ст., Т о = 288 о К (15 о С), τ = 0,0065 град/м. В таком случае высота полета будет зависеть только от давления Р Н.

Могут пригодиться во время горных походов и спортивных восхождений. На этот раз остановимся поподробнее на расшифровке тех привычных или, напротив, необычных функций, которые могут вызвать интерес у спортсменов. Речь пойдет, разумеется, не обо всем многообразии функций, которыми владеют профессиональные часы, а лишь о тех, которые нужны непосредственно при взятии высоты (в походе или соревновании): GPS-навигация, альтиметр, барометр, компас и пульсометр. Заодно и сравним, как с этими функциями справляются самые «прокачанные» часы трех ведущих спортивных брендов : Suunto, Casio и Timex.

Глоссарий:

GPS (Global Positioning System) – спутниковая система навигации, позволяющая отследить точное местоположение в координатах, измерить расстояние от пункта А до пункта Б и проложить маршрут. Пригодится скорее альпинисту, чем скалолазу.

Альтиметр – прибор для измерения высоты над уровнем моря. Необходим при ориентировании в горах, в т.ч. в условиях плохой видимости; оповещает о перепадах высот, о достижении заданной точки и т.д.

Барометр – прибор для измерения атмосферного давления. Спрогнозирует погодные условия, и гроза не застанет Вас врасплох!

Пульсометр – устройство персонального мониторинга частоты сокращений сердца (ЧСС). Незаменимый помощник на тренировках и соревнованиях.

Первое место: Suunto Ambit GPS

Мужские часы Suunto Ambit Black GPS
РРЦ: 27990 р.

• Полнофункциональная система GPS с поддержкой путевых точек и навигации по маршруту.
• Функция «Путь домой».
• Корректировка времени по спутниковому сигналу.
• Быстрое обновление данных о темпе и скорости Вашего передвижения (FusedSpeed™). Значение скорости определяется по уникальной комбинации данных акселерометра (датчика ускорения) и GPS-навигатора. Сигнал GPS-навигатора фильтруется на основе данных об ускорении, позволяя получить более точные показания при неизменной скорости и быстрее отреагировать на ее изменение.
• Все данные о маршрутах записываются по кругу, т.е. при заполнении памяти новые записи записываются поверх старых.
• Серьезный и увлекательный интернет-дневник спортивных событий на Movescount.com! Здесь можно планировать маршруты и переносить их в память наручных часов (с помощью USB-кабеля); анализировать достижения, оптимизировать тренировки и обмениваться спортивной информацией с друзьями.

3D-компас

Когда Вы пользуетесь обычным компасом, для обеспечения точности показаний необходимо держать компас параллельно земле. 3D-компасы Suunto учитывают наклон, позволяя получать точные показания независимо от того, как повернута кисть вашей руки.

Альтиметр

• Вычисление общей длины подъема/спуска и возможность точного измерения вертикальной скорости (фиксация координатных точек GPS каждые 60 секунд). В любой момент, взглянув на часы, Вы сможете узнать, как долго еще осталось идти.
• Автоматическое переключение между высотомером и барометром. Интеллектуальная функция определяет, движетесь Вы или нет, и на основании этого выбирает режим. При восхождении прибор учитывает изменение высоты над уровнем моря. А во время остановки на привал - изменение барометрического давления.

Барометр

• Графическое отображение текущей температуры и изменения погоды за последние 27 часов.
• Можно создать собственный профиль, где давление будет указываться в мм рт.ст.

Пульсометр

• Подсчет калорий и ЧСС в режиме реального времени.
• Отображает эффективность текущей тренировки по программе Peak Training Effect (PTE) на основе Вашей физической готовности к максимальным нагрузкам. Доказано, что данный показатель способен в полной мере заменить лабораторные тесты.
• Определяет время, необходимое для полного восстановления организма после тренировки в зависимости от ее интенсивности и отображает полученное значение на дисплее (не только в абсолютных величинах, но и в процентах и в графическом виде).
• Возможно совместное использование пульсометра и кардиопередатчика (для получения большей информации о тренировке).
• Все данные о тренировках записываются по кругу, т.е. при заполнении памяти новые записи записываются поверх старых.

Второе место : Timex Expedition WS4 (Wide Screen 4 Functions)

Мужские часы Timex Expedition WS4 T49664
РРЦ: 15370 р.

Альтиметр

• Показывает измерение в футах или метрах.
• Отслеживает текущую, наивысшую и накопленную высоту.
• Схематично отображает подъем и спуск.
• Функция «защёлка альтиметра» позволяет избежать ложных колебаний высоты при изменении атмосферного давления.
• Измеряет время до достижения целевой высоты.
• Сигнал достижения высоты.

«Когда прозвучит звуковой сигнал, Вы будете знать, что достигли установленной высоты. Это короткое напоминание позволит Вам оценить Ваше состояние и решить, насколько успешно Вы продвинулись в достижении своей цели».
Conrad Anker (Конрад Анкер, всемирно известный альпинист, который тестировал эти часы)

Барометр

• Графически отображает изменение давления уровня моря за последние 36 часов; отслеживает высокое, низкое и текущее давление.
• Проецирует информацию в миллибарах (МВ) или в дюймах рт.ст. (Hg)
• Показывает температуру по Цельсию или Фаренгейту.
• Иконки прогноза погоды. Часы могут предсказывать погоду на ближайшие 4-6 часов на основании тенденций изменения атмосферного давления в предыдущие 12 часов.

Высокое давление обычно говорит о ясной погоде, в то время как низкое давление обещает пасмурную погоду, с большой вероятностью осадков.

Третье место: Casio ProTrek PRG-240-1Е («Saltoro Kangri»)

Мужские часы Casio Protrek PRG-240-1E
РРЦ: 9990 р.

Альтиметр

• График изменения высоты с отображением разницы измерений в реальном времени.
• Значение общей величины подъема/спуска. Данная функция суммирует все пройденные вами этапы восхождения. Вы сразу же можете увидеть, насколько высоко поднялись.
• Автоматическое сохранение данных в записной книжке.

Барометр

• Измерение атмосферного давления с возможностью изменения единицы измерения.
• Встроенный датчик температуры от -10° до +60°С с точностью 0,1°C.
• График измерения атмосферного давления с отображением разницы измерений.
• Калибровка датчика атмосферного давления.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ТАБЛИЦА

Сегодня используется большое разнообразие всевозможных приборов, которыми реально замерить даже самые невероятные характеристики. А вот что это такое - альтиметр? В статье мы поближе познакомимся с его описанием, разновидностями и иной интересной информацией.

Что это такое - альтиметр?

Альтиметр - прибор для измерения уровня высоты. Применяется, в основном, пилотами, альпинистами, геологами и учеными. В отношении летательного аппарата является пилотажно-навигационным устройством. Кроме этого, прибор популярен и в обыденной жизни. Вы легко можете купить или заказать часы с барометром-альтиметром.

Полноправными синонимами слова будут следующие понятия:

• высотомер;
• радиолот;
• высотомер;
• радиоальтиметр;
• фотоальтиметр.

Кстати, ранее альтиметром называли простой угломерный инструмент для определения высоты звезд, планет и прочих небесных тел.

Разновидности прибора

Известны следующие формы прибора:

• Анероидный барометр-альтиметр. Так как с увеличением высоты давление, напротив, снижается, шкалу устройства можно калибровать для ее (высоты) измерения. Одной из его разновидностей является парашютный альтиметр. Он удобно крепится на руку, позволяет наблюдать за высотой и атмосферным давлением в свободном падении и при раскрытом парашюте. Есть и электронные приборы, которые могут подавать сигналы при достижении заданных высот.
• Радарный альтиметр. Более характерен для авиации. Прибор работает так: измеряет время запаздывания отражения радиосигнала, который посылается на землю, и на основе этих данных показывает высоту полета. Устройство более точно в измерениях, однако применяется на малых высотах - на более значительных требуется мощный источник излучения магнитных волн и аппаратура, способная устранить помехи.
• GPS-устройства. Говоря о том, что это такое - альтиметр, нельзя не упомянуть об этих приборах. Конструкция до 4-6 спутников, которые находятся на известных и строго определенных орбитах. На основе ряда математических вычислений устройство определяет положение объекта в пространстве, в том числе и высоту над конкретной точкой поверхности земли или уровнем моря.
• Гамма-лучевые альтиметры. Основа для таких приборов - гамма-излучение. Применяется на малых высотах. В основном, используется для обеспечения мягкой посадки спускаемых космических аппаратов.

Применение устройства

Хоть часы с альтиметром сегодня может приобрести практически каждый, все же более этот прибор применим в авиации. Давайте посмотрим, как он используется пилотами:

• Перед полетом обязательно прослушивается метеосводка. Для альтиметра важна информация об атмосферном давлении.
• Диспетчер говорит о давлении в районе аэродрома только над уровнем моря. Это значение вводится пилотом в прибор. Таким образом, все летательные устройства получают универсальные показатели высоты.
• Однако в разных точках маршрута давление будет меняться. Разве из-за этого пилотам необходимо постоянно слушать сводки и менять данные для прибора? Нет, задача была решена гораздо проще. После "высоты перехода" пилоты выставляют на альтиметрах одинаковые показатели давления. У каждого аэродрома эта величина своя. Примерно же - порядка 18000 футов над землей.
• Какие же показатели универсального давления? Это 760 мм рт. ст.
• Как только пилот снижается ниже "высоты перехода", диспетчер должен сообщить ему текущее атмосферное давление в районе аэродрома.
• При снижении ниже 2500 футов барометрический альтиметр отключается и активируется радиовысотометр.

История создания

Прибор был изобретен Паулем Коллсманом, изначально работающим механиком авиационных устройств. В ту пору уже существовало множество различных устройств для помощи в управлении летательными аппаратами, но все же их было недостаточно для "слепого полета".

В 1928 году П. Коллсман уволился с постоянного места работы и основал собственную компанию KollsmanInstrumentCo. В том же году им был создан барометрический альтиметр, применяющийся и сегодня.

А в 1929 году состоялся первый так называемый "слепой полет" на 15 миль. Иллюминаторы в кабине пилота были плотно занавешены. Ориентироваться он мог только по показаниям приборов. Среди последних был альтиметр Коллсмана.

Вот и все, что мы хотели рассказать о приборе. Теперь вы знаете, что это такое - альтиметр, его разновидности. А также практическое применение устройства.

Данная статья посвящена приборам, которыми производят измерение такого параметра, как высота. Однако прежде чем приступать к описанию самого инструмента, давайте разберемся, что представляет собой этот самый показатель.

Понятие высоты

Упомянутый параметр является относительной величиной, то есть данное значение всегда определяется относительно чего-либо. Чаще всего его измеряют относительно уровня моря, это значит, что линия морской поверхности принята за точку отсчета.

Такая система напоминает определение градуса воды по Цельсию, когда точкой отсчета принята температура перехода воды из жидкого состояния в твердое, и наоборот. Так же и с измерением высоты, положительным считается значение выше уровня моря, а отрицательным - ниже. В особых случаях точкой отсчета может выбираться любая другая поверхность. Например, высоту дома никто не будет измерять относительно уровня моря, здесь началом отсчета выступает на которой построено здание. По такому же принципу измеряют все частные случаи: высоту дерева, строения и т. д. А вот высоту горы или любой точки а также объекта, летящего в атмосфере (самолет, вертолет и т. п.) измеряют относительно уровня моря. Читатель может задать вопрос: «А какой принято использовать прибор для измерения относительной высоты?» Ответ на этот вопрос вы найдете, если прочитаете статью до конца.

Прибор для измерения относительной высоты: история развития и основные виды

С древности люди использовали для строительства и определения рельефа такой инструмент, как уровень. Это устройство стало основой и для современного измерительного механизма. К древнему уровню была приделана трубка, так и получился самый элементарный прибор для измерения относительной высоты, который назвали нивелиром, что означает «выравнивать». Элементарный нивелир представляет собой горизонтальную рейку и вертикальную планку, к которой присоединен отвес. Однако с развитием науки совершенствуются и инструменты. Прибор для измерения высоты не стал исключением. Так, современные нивелиры можно разделить на три основные группы. Первая - наиболее распространенная, к ней относятся приборы, в основу которых заложена высококачественная оптика. Вторая группа - это лазерные устройства. Эти приборы характеризуются И третья - самая «молодая» - это цифровые нивелиры.

Оптические измерительные инструменты

Такое устройство представляет собой цилиндрический уровень (либо компенсатор) и оптическую систему, которая помещена в металлический корпус (трубу). Уровень необходим для выставления визирной оси в горизонтальное положение.

Для проведения измерений нивелир устанавливается на треногу с опорной площадкой. Цилиндрический уровень представляет собой ампулу с жидкостью (эфир, спирт). Часть пространства, заполненную спиртовыми парами, называют пузырьком уровня. На верхней поверхности ампулы нанесена шкала с шагом в два миллиметра, средняя ее точка называется нуль-линией.

Лазерный нивелир

В данных устройствах в дополнение к оптическим системам пришли лазерные светодиоды, но, по сути, названное устройство мало чем отличается от оптического. Главной его особенностью является очень тонкий, идеально ровный луч, проецируемый на измеряемую поверхность. Это значительно упрощает процесс определения высоты.

Цифровой прибор для измерения относительной высоты

Данный инструмент существенно отличается от своих предшественников. Он не только изменил свой внешний облик и внутреннее устройство, но и значительно расширил свои возможности. Цифровой нивелир - это измерительный прибор, который способен не только проводить измерение, но и проецировать лучи, плоскости на любую поверхность. Этот инструмент просто незаменим при проведении строительных и ремонтных работ. Упомянутое устройство характеризуется высокой и простотой в применении, таким инструментом сможет пользоваться даже новичок.

Принцип работы цифрового нивелира

Основой рассматриваемого устройства являются электромагнитная система маятников и светодиодная (лазерная) оптическая система, которая предназначена для проецирования лазерных лучей в виде точек или линий. Один такой прибор может проецировать сразу несколько плоскостей, что очень удобно при строительстве. Для обеспечения точности измерений в используется металлический маятник, который выравнивает всю электронную и оптическую часть прибора относительно уровня земли. Даже если устройство стоит неточно или его сдвинули в процессе работы, маятник выставит схему параллельно земле, и проецируемая поверхность останется точной. Рассмотрим, как это происходит. Под маятником располагается несколько электрических или природных магнитов. Благодаря созданному магнитному полю предотвращается раскачивание маятника при изменении положения нивелира. При установке устройства данный элемент свободно раскачивается. Однако при прохождении через в материале (металле) наводится электрическое поле, трансформируемое в тепловую энергию, которая и тормозит всю систему.

Оптическая система прибора строится на светодиодах, создающих горизонтальные, вертикальные и диагональные лучи. Проходя через систему линз, они преобразуются в линии, которые и проецируются на измеряемых поверхностях.

Достоинства и недостатки цифровых нивелиров

Главным преимуществом такого прибора является простота и наглядность, а также возможность проводить работы с базовой плоскостью в нескольких точках одновременно. Также следует упомянуть и возможность построения горизонтальных и вертикальных плоскостей, причем сразу в разных направлениях.

Недостатком рассматриваемого устройства является его высокая стоимость. Изо всех них только устройства третьего класса соизмеримы по цене с оптическими нивелирами. Их можно использовать только при проведении ремонтных работ внутри помещения, где высокая точность большой роли не играет. Например, для разметки полов, стен, потолков. А для проведения геодезических измерений и для разметки грандиозных строящихся объектов требуются приборы первого или второго класса точности. Однако дальность применения таких инструментов все равно ограничена 600 метрами. При необходимости проводить измерения на большие расстояния следует использовать оптические нивелиры.

Классификация цифровых нивелиров

1. Точечный прибор для измерения высоты. Он напоминает лазерную указку, то есть, проецирует на измеряемую поверхность одну или несколько точек.

2. Статичный, или позиционный цифровой нивелир. Это устройство имеет два источника, проецирующих лазерные лучи на перпендикулярно размещенные призмы, которые преобразуют их в две видимые плоскости. В результате получаются две пересекающиеся крестом плоскости. В случае использования сложных оптических систем, содержащих более трех полупроводниковых диодов, появляется возможность проводить проецирование большого количества плоскостей, что весьма удобно при работе с многомерными объектами. Кроме того, чем больше плоскостей, тем больше мастеров могут заниматься ремонтными или строительными работами. Позиционные нивелиры также снабжаются функцией «лазерного отвеса». Это дополнительные диоды, благодаря которым можно направлять луч одновременно на пол и на потолок.

3. Ротационный цифровой нивелир. В таком устройстве лазер прикреплен к валу электродвигателя, то есть он может вращаться на 360 градусов. Кроме того, в таких приборах (вместо призмы) используется фокусирующая линза. В результате, вместо плоскости человек видит небольшую точку, однако при включении по всей рабочей области или площади комнаты проецируется непрерывная линия.