Самолетовождение (стр. 6 )

Использование стандартной атмосферы предполагает, что за­данной высоте соответствует вполне определенное давление. Но так как в каждом полете действительные условия атмосферы не сов­падают с расчетными, то высотомер показывает высоту с ошиб­ками.

Барометрическому высотомеру присущи также ошибки вслед­ствие того, что он не учитывает изменения топографического рель­ефа местности, над которой пролетает самолет.

Методические ошибки барометрического высотомера делятся на три группы:

1) ошибки от изменения атмосферного давления у земли;

2) ошибки от изменения температуры воздуха;

3) ошибки от изменения рельефа местности.

Ошибки от изменения атмосферного давления у земли. Ба­рометрический высотомер измеряет высоту полета относительно уровня изобарической поверхности, атмосферное давление кото­рой установлено на шкале давлений высотомера. Он не учитыва­ет изменения давления по маршруту. Обычно атмосферное давле­ние в различных точках земной поверхности в один и тот же мо­мент неодинаковое. На рис. 5.2 показано, что на аэродроме выле­та давление равно 760 мм рт. ст., а по маршруту полета оно в оп­ределенных точках равно 750 и 765 мм рт. ст. Перед вылетом стрелки высотомера устанавливают на нуль, при этом шкала дав­лений высотомера установится на давление аэродрома вылета (в приведенном примере шкала давлений установится на отсчет 760 мм рт. ст.). Если пилот по маршруту будет выдерживать за­данную приборную высоту, то истинная высота будет изменяться в зависимости от распределения атмосферного давления у земли. При падении атмосферного давления по маршруту истинная вы­сота будет уменьшаться, при повышении давления — увеличиваться. Как видно из рисунка, изменение истинной высоты происходит вследствие изменения атмосферного

Рис. 5.2. Ошибки высотомера от изменения давления у земли

Рис. 5.3 Ошибки высотомера от изменения температуры воздуха

давления на уровне, относи­тельно которого ведется отсчет истинной высоты.

Изменение атмосферного давления с высотой характеризуют барометрической ступенью — высотой, на которую надо подняться или опуститься от исходного уровня, чтобы давление изменилось на 1 мм рт. ст.

В практике барометрическую ступень для малых высот берут равной 11 м. Следовательно, каждому миллиметру изменения давления у земли соответствует 11 м высоты, т. е. ΔНб=11·ΔР.

Ошибки от изменения атмосферного давления у земли учиты­ваются следующим образом:

1) перед вылетом — установкой стрелок высотомера на нуль;

2) перед посадкой — установкой на высотомере давления аэро­дрома;

3) при расчете высот — путем учета поправки на изменение ат­мосферного давления (ΔНб).

Ошибки от изменения температуры воздуха. Шкала высото­мера тарируется по стандартной средней температуре воздуха в слое измеряемой высоты. Поэтому высотомер будет правильно по­казывать высоту полета только при совпадении фактической сред­ней температуры воздуха с расчетной. Но в реальных условиях фактическая температура воздуха, как правило, не совпадает с расчетной. Поэтому высотомер показывает высоту с ошибкой. Сущность этой ошибки заключается в том, что при изменении тем­пературы воздуха у земли происходит изменение температуры и давления воздуха на высоте. В холодное время года воздух стано­вится более плотным, и в этом случае давление с поднятием на вы­соту уменьшается быстрее, чем в теплое время, когда воздух обла­дает меньшей плотностью.

Методическая температурная поправка высотомера

ΔНt=ΔНпр

Рис. 5.4. Ошибки высотомера от изменения рельефа местности

где Нпр— приборная высота полета; tср.фак — средняя фактиче­ская температура воздуха в слое от нулевого уровня до высо­ты полета; ΔTср —разность между средней фактической температурой и средней стандартной температурой для данной, высоты.

Знак поправки определяется знаком ΔTср.

Из формулы следует, что высотомер при температурах у зем­ли ниже +15° будет завышать, а при температурах выше +15° за­нижать показания высоты (рис. 5.3).

Температурная ошибка особенно опасна при полетах на малых высотах и в горных районах в холодное время года. В практике считают, что для малых высот каждые 3° отклонения фактической температуры воздуха от стандартной вызывают ошибку, равную 1% измеряемой высоты. Обычно методическая температурная по­правка высотомера учитывается с помощью НЛ-10 М.

Ошибки от изменения рельефа местности. Эти ошибки возни­кают потому, что высотомер в продолжение всего полета указы­вает высоту не над пролетаемой местностью, а относительно уров­ня изобарической поверхности, атмосферное давление которого установлено на высотомере. Чем разнообразнее рельеф пролетае­мой местности, тем больше будут расходиться показания высото­мера с истинным значением высоты (рис. 5.4).

Для определения истинной высоты полета необходимо учиты­вать поправку на рельеф пролетаемой местности. Высота релье­фа определяется по карте. При расчете истинной высоты поправ­ка на рельеф алгебраически вычитается из абсолютной высо­ты, а при расчете приборной высоты прибавляется.

4. Расчет времени и места набора высоты заданного эшелона

Набор высоты заданного эшелона, как правило, выполняется по трассе полета. Поэтому штурман должен знать, в какое вре­мя будет набрана заданная высота полета. Время набора высоты рассчитывается по высоте

Рис. 5.5. Определение времени и места набора высоты заданного эшелона

набора и вертикальной скорости на­бора.

Вертикальной скоростью набора VB называется вертикальная составляющая скорости воздушного судна.

Пример. Hэш=6000м; Нотхода = 400 м; Раэр=740 мм рт. ст.; W = 300 км/ч; VB=5 м/сек; Т отхода = 14.30 (рис. 5.5). Определить: Т ок наб и Sнаб.

Решение. 1. Определяем барометрическую высоту аэродрома:

Нб. аэр = (760 — Раэр)·11 = (760—740)·11 =220 м.

2. Находим высоту набора:

Ннаб = Нэш — Нб. аэр — Нотх = 6000 — 220 — 400 = 5380 м.

3. Рассчитываем время набора высоты на НЛ-10М (рис. 5.6):

tнаб === 1076 сек 18 мин

4. Определяем время окончания набора заданной высоты:

Ток. наб = Tотх + Tнаб =14.30 + 0.18==14.48.

5. Находим пройденное самолетом расстояние за время набора высоты:

Sнаб =Wtнаб = 300·0,3 = 90 км.

5. Расчет времени и места начала снижения

Выход на аэродром посадки выполняется на указанной дис­петчером высоте круга или на заданном эшелоне. Время начала снижения рассчитывается с учетом заданной высоты выхода на аэродром.

Рис. 5.6. Расчет времени набора высоты

Пример. Hэш=4200 м; VB— 10 м/сек; W = 450 км/ч; Hподхода = 500 м; Рaэр=750 мм. рт. ст.; Tприб = 12.20. Определить: Tнач сн и Sсн.

Решение. 1. Определяем барометрическую высоту аэродрома:

Нб. аэр = (760 - Раэр) · 11 = (· 11 = 110 м.

2. Находим высоту снижения:

Hсн = Hэш — H6.аэр — Hподх = 4200 — 110 — 500 = 3590 м.

Если необходимо выйти на аэродром на заданном эшелоне, высота сни­жения определяется как разность между эшелоном полета и эшелоном выхо­да на аэродром.

3. Рассчитываем время снижения (на НЛ-10М —см. рис. 5.6):

tсн===360 сек = 6 мин.

4. Определяем время начала снижения:

Тнач. сн== Тприб — tсн = 12.20 — 0.06 = 12.14.

5. Находим пройденное самолетом расстояние за время снижения:

Sсн = Wtсн =450 — 0,1 =45 км.

6. Расчет вертикальной скорости снижения или набора высоты

В практике самолетовождения бывают случаи, требующие сме­ны эшелона полета. При необходимости диспетчер указывает эки­пажу время начала и окончания смены эшелона или задает учас­ток, на котором должно быть произведено снижение. На основа­нии указаний диспетчера штурман рассчитывает вертикальную скорость, обеспечивающую смену эшелона на заданном участке.

Пример. Hэш=5700 м; Hэш. нов=4500 м; Sсн=40 км; W=480 км/ч. Оп­ределить вертикальную скорость, обеспечивающую смену эшелона на заданном участке.

Решение. 1. Определяем на НЛ-10М время пролета заданного участка, т. е. время снижения: tсн=5 мин.

2. Находим высоту снижения:

Hсн= Hэш - Hэш. нов = 5= 1200 м.

3. Рассчитываем вертикальную скорость:

Расчет вертикальной скорости обычно выполняется на НЛ-10М. Для этого необходимо время снижения, взятое по шкале 2, подвести под высоту снижения, взятую по шкале 1, и против пря­моугольного индекса с числом 10 шкалы 2 отсчитать по шкале 1 вертикальную скорость. Этим ключом можно пользоваться, когда время снижения не превышает 16,6 мин.

Имеется универсальный ключ расчета вертикальной скорости, позволяющий определять ее при любом времени снижения. В этом случае прямоугольный индекс с числом 10 подводят под время снижения, взятое по шкале 1.

Затем против высоты снижения, взятой по шкале 1, отсчитыва­ют вертикальную скорость по шкале 2. При этом следует иметь в виду, что 1 ч шкалы соответствует вертикальной скорости 1 м/сек, 2 ч шкалы — 2 м/сек. и т. д. Для быстрого и правильного опреде­ления десятых долей вертикальной скорости необходимо количест­во минут, отсчитанное по шкале 2 после целых единиц вертикаль­ной скорости, разделить на 6.

Пример. tсн=19 мин; Hсн=|3200 м. Определить Vв. Применяя указанное правило, получаем: Vв=2,8 м/сек.

Глава 6 СКОРОСТЬ ПОЛЕТА

1. Воздушная и путевая скорости

Знание скорости полета необходимо как для пилотирования самолета, так и для целей самолетовождения. Полет самолета на скорости ниже минимальной приводит к потере устойчивости и уп­равляемости. Увеличение скорости сверх допустимой связано с опасностью разрушения самолета. Для целей самолетовождения знание скорости полета необходимо для выполнения различных навигационных расчетов.

Различают воздушную и путевую скорости самолета, измеря­ются они в километрах в час (км/ч).

Воздушной скоростью V называется скорость самолета относительно воздушной среды. Эту скорость самолет приобретает под действием силы тяги двигателей. Воздушная скорость зави­сит от аэродинамических качеств самолета, его полетного веса и плотности воздуха. Ветер не оказывает влияния на ее величину и направление, которое при симметричной тяге двигателей совпа­дает с продольной осью самолета. Воздушная скорость измеряет­ся указателем воздушной скорости.

Путевой скоростью W называется скорость самолета относительно земной поверхности. На ее величину влияет ветер, который уменьшает или увеличивает скорость движения воздуш­ного судна относительно земной поверхности. Путевую скорость самолета рассчитывают или измеряют с помощью специального прибора.

2. Ошибки указателя воздушной скорости

Указатель воздушной скорости имеет инструментальные, аэро­динамические и методические ошибки.

Инструментальные ошибки ΔV возникают по тем же причинам, что и аналогичные ошибки высотомера. Они определяются путем сличения показаний указателя скорости с показания­ми точно выверенного прибора, заносятся в график или таблицу и учитываются при расчете скорости.

Аэродинамические ошибки ΔVa возникают вследст­вие искажения воздушного потока в том месте, где установлен приемник воздушного давления. Характер и величина этих оши­бок зависят от типа самолета, места установки приемника воздуш­ного давления и скорости полета. При больших скоростях поток воздуха вокруг самолета искажается. Вследствие этого восприни­маемое приемником давление оказывается неправильным и в по­казаниях указателя скорости возникают аэродинамические ошиб­ки. На скоростных самолетах они могут достигать 30—40 км/ч. Аэродинамические ошибки определяются на заводе при выпуске самолета и заносятся в специальный график или таблицу попра­вок. На некоторых самолетах для упрощения учета поправок ука­зателя скорости составляется таблица суммарных поправок, учи­тывающая инструментальные и аэродинамические ошибки.

Методические ошибки возникают вследствие несовпа­дения фактической плотности воздуха с плотностью, принятой при расчете шкалы указателя скорости.

Принцип работы указателей скорости основан на измерении скоростного напора q, приближенное значение которого равно 0,5ρV2, т. е. скоростной напор является функцией, плотности воз­духа р и воздушной скорости полета. При тарировке шкалы ука­зателя скорости массовая плотность воздуха берется равной 0,125 кг·сек2/м4. Поэтому показания указателя скорости верны только при стандартной плотности воздуха, которая бывает у зем­ли при давлении 760 мм рт. ст. и температуре +15°С. Фактичес­кая плотность воздуха часто отличается от расчетной. С увеличе­нием высоты плотность воздуха уменьшается, вследствие чего ука­затель скорости показывает скорость меньше истинной.

Ошибка указателя скорости, зависящая от плотности воздуха, учитывается при помощи навигационной линейки по температуре воздуха и высоте полета, от значения которых, как известно, зави­сит плотность воздуха. Кроме того, эта ошибка может быть учте­на путем приближенного вычисления в уме.

Методические ошибки указателя скорости возникают также вследствие сжимаемости воздуха. При полете на скоростях более 350—400 км/ч воздух впереди самолета сжимается и его плот­ность увеличивается, что вызывает увеличение скоростного напора и, следовательно, завышение показаний указателя скорости.

Учесть заранее эти ошибки при тарировке шкалы однострелочного указателя скорости нельзя, так как сжимаемость воздуха за­висит не только от скорости полета, но и от плотности воздуха (высоты полета).

Ошибки от сжимаемости воздуха, особенно на больших высо­тах, могут быть значительными (табл. 6.1) и поэтому их необходи­мо учитывать ори расчете скоростей.

Таблица 6.1

Поправки к указателю скорости на сжимаемость воздуха (Δ Vсж, км/ч)

Высота полета, м	Скорость по прибору V, км/ч
300	400	500	600	700	800
2 000	1	2	3	4	7	9
4 000	2	4	6	10	16	23
6000	3	6	11	18	27	39
8 000	4	9	17	28	41	53
10 000	6	13	24	40	56	80
12 000	9	19	34	56	78	98
14 000	12	26	48	73	97	118

Поправки к указателю скорости на сжимаемость воздуха ΔVсж берутся из приведенной табл. 6.1 со знаком минус.

Методические ошибки приводят к значительному расхождению приборной скорости с истинной, особенно при полетах на больших высотах и скоростях. Поэтому для скоростных и высотных само­летов разработаны двухстрелочные комбинированные указатели скорости, измеряющие как приборную скорость, которая исполь­зуется для пилотирования самолета, так и истинную, используемую для целей самолетовождения.

3. Расчет истинной воздушной скорости по показанию однострелочного указателя скорости

Истинная воздушная скорость по показанию однострёлочного указателя скорости рассчитывается по формуле

Vи= Vпр+(±ΔV) + (±ΔVм),

где Vпр — приборная воздушная скорость; ΔV — инструмен­тальная поправка указателя воздушной скорости; ΔVМ — методическая поправка указателя воздушной скорости на из­менение плотности воздуха.

Рассмотренная формула применяется для расчета истинной скорости при полете на самолетах с поршневыми двигателями.

Пример. Н760пр =3000 м; tH = — 10°; Vпр = 300 км/ч; ΔV = + 5 км/ч. Оп­ределить истинную воздушную скорость.

Решение. 1. Исправляем показание указателя воздушной скорости на инструментальную поправку:

Vпр. испр = Vпр + (±ΔV) = 300 + ( + 5) =305 км/ч.

2. Учитываем с помощью НЛ-10М (рис. 6.1) методическую поправку указателя воздушной скорости на из­менение плотности воздуха и нахо­дим истинную скорость: Vи = 350 км/ч.

4. Расчет приборной воздушной скорости для однострелочного указателя скорости

Приборная воздушная скорость рассчитывается для того, что­бы по указателю скорости выдерживать в полете, если это требу­ется, заданную истинную воздушную скорость. Приборная воздуш­ная скорость рассчитывается по формуле

Vпр = Vи— (± ΔVм) — (± ΔV).

Пример. Н760пр=1500 м; tн = + 10°; Vн = 320 км/ч; ΔV= — 5 км/ч. Опре­делить приборную воздушную скорость.

Решение. 1. Исправляем истинную воздушную скорость по НЛ-10М на методическую поправку вследствие изменения плотности воздуха. Для это­го температуру воздуха на высоте полета, взятую па шкале 11, необходимо под­вести против высоты полета по шкале 12. Затем против истинной воздушной скорости, взятой по шкале 14, прочитать по шкале 15 исправленную скорость: Vпр испр = 295 км/ч.

2. Учитываем инструментальную поправку и определяем Vпр.

Vпр= Vпр испр — (± Δ V) = 295 — (—5) = 300 км/ч.

5. Расчет истинной и приборной воздушной скорости в уме

В полете не всегда имеется возможность рассчитать воздуш­ную скорость с помощью навигационной линейки. Поэтому необ­ходимо уметь приближенно рассчитать скорость в уме. Кроме то­го, такой расчет позволяет контролировать правильность инстру­ментальных, вычислений и тем самым предотвращать в них гру­бые ошибки. Для приближенного расчета воздушной скорости в уме нужно запомнить методические поправки к указателю скорости на основ­ных высотах полета. Обычно эти поправки даются в процентах от скорости полета (табл. 6.2).

Таблица 6. 2

Методические поправки указателя скорости

Нпр, м	1000	2000	3000	4000	5000	6000	7000	8000	9000	10 000
ΔVм, %	5	10	15	20	25	30	40	50	60	70

При определении истинной скорости методические поправки прибавляются к скорости по прибору, а при определении прибор­ной скорости вычитаются из заданной истинной скорости. Осталь­ные поправки указателя скорости, если они имеются, учитывают-. ся при расчете скорости в уме по общим правилам.

Пример. Н760пр = 3000 м; Vпр=300 км/ч. Опредлить истинную воздушную скорость расчетом в уме.

Решение. 1. Находим величину методической поправки указателя скоро­сти: для высоты 3000 м поправка равна 16% от приборной скорости, что сос­тавляет 45 км/ч.

2. Определяем истинную воздушную скорость: Vи = 300 + 45 = 345 км/ч.

6. Расчет истинной воздушной скорости по показанию широкой стрелки комбинированного указателя скорости

На скоростных самолетах для измерения воздушной скорости устанавливается комбинированный указатель скорости КУС-1200. Его широкая стрелка показывает приборную воздушную скорость, а узкая — приближенное значение истинной воздушной скорости.

Истинная скорость по показанию широкой стрелки КУС рас­считывается по формуле

Vи = Vпр + ( ± Δ V) + ( ± Δ Va) +(- Δ Vсж) + ( ± ΔVм),

где Vпр — показание широкой стрелки; ΔV — инструментальная поправка указателя скорости для широкой стрелки; ΔVa — аэродинамическая поправка указателя скорости; ΔVcж — поправка на сжимаемость воздуха; ΔVм— методическая по­правка указателя скорости на изменение плотности воздуха.

Пример. H760пр = 6000 м; показание широкой стрелки Vпр=400 км/ч; по­казание узкой стрелки Vпр-КУС = 535 км/ч; ΔV = + 6 км/ч; ΔVа = —20 км/ч; ΔVсж = —6 км/ч; показание термометра наружного воздуха на высоте полета tпр = —37°. Определить истинную воздушную скорость.

Решение. 1. Находим по показанию узкой стрелки КУС поправку к по­казанию термометра наружного воздуха и определяем фактическую температу­ру на высоте полета. Поправка к показанию термометра определяется по специальной шкале (рис. 6.2.). Она учитывает нагревание приемника электрического термометра ТНВ-15 в заторможенном потоке. Фактическая температура воздуха на высоте полета tн=tпр—Δt. Для данного примера tΔ=5°. Следовательно, tн = — 37°—5°= —42°

2. Определяем по таблице поправки ΔV, ΔVа и ΔVсж (в примере они даны в условии). Приборные (для широкой и узкой стрелок) и аэродинамические поправки комбинированного указателя скорости приведены в табл. 6.3.

3. Определяем приборную исправленную скорость:

Vпр. испр = Vпр+ (± ΔV) + (± ΔVа) + (-ΔVсж)= 400 + (+6) + (-30) + (-6) = 380 км/ч.

4. Учитываем с помощью НЛ-10М методическую поправку на изменение плотности воздуха и определяем истинную скорость: Vист = 500 км/ч.

Методическая поправка для показания широкой стрелки КУС на НЛ-10М учитывается так же, как и для показания однострелочного указателя скорости (см. рис. 6.1).