6.2.2. Погрешности барометрических высотомеров

Барометрическим высотомерам (БВ) присущи инструментальные Н_ИНСТР, аэродинамические Н_АЭР и методические Н_МЕТ погрешности.

Инструментальные погрешности возникают вследствие несовершенства самого механизма БВ, неточности его регулировки и износа деталей. Поэтому каждый прибор (БВ) имеет свою Н_ИНСТР, которая периодически определяется в лабораторных условиях.

Аэродинамические ²⁴¹погрешности Н_АЭР возникают по причине неточного измерения атмосферного давления на высоте полета вследствии искажения воздушного потока в месте установки приемника воздушного давления (ПВД). Н_АЭР – зависят от скорости, высоты полета и типа ПВД. Ее определяют при летных испытаниях ВС и публикуют в РЛЭ каждого ВС.

С целью удобства учета Н_ИНСТР и Н_АЭР для каждого высотомера определяется суммарная поправка Н_ для каждой используемой высоты.

Н_ = Н_ИСТР + Н_АЭР.

Затем Н_ по высотам сводятся в таблицу требуемых (заданных) значений показаний БВ с целью обеспечения полета на заданной высоте (эшелоне).

Принцип действия барометрических высотомеров основан на закономерности изменения давления и температуры атмосферы при изменении высоты. Эту закономерность учитывает формула Лапласа

.

где, Н_РО – высота полета относительно изобарической поверх-ности с атмосферным давлением Р_О;

R – газовая постоянная (R=29,27м/град);

Т_СР – средняя температура воздуха по шкале Кельвина

(Т_СР = 273°С + t_СР°C), t_СР – средняя температура слоя воздуха в градусах по шкале Цельсия.

Если бы БВ учитывал точное значение этих величин, его показания (при условии учета Н_) были бы безошибочны и индицировали действительную высоту полета относительно изобарической поверхности атмосферного давления Ро. Но ²⁴²БВ измеряет только давление атмосферы на высоте полета (Рн). Остальные параметры формулы Лапласа учитываются при тарировке шкалы высоты для стандартной атмосферы: Ро=760мм.рт.ст=1013,2мбар, hб.ст.=11,1м t_О=15°C (288°). вертикальный температурный градиент t_ГР=0,0065°/м (6,5°/км), а для высот более 11000м t_ГР=0, т.к. выше этой высоты температура воздуха считается неизменной (Т_СР = 216,5°К = –56,5°С).

Изменение атмосферного давления на единицу измерения высоты полета также не постоянно. Это изменение характеризует барическая ступень h_Б.СТ.²⁴³ Барическая ступень представляет собой высоту на которую надо подняться или спустится, чтобы атмосферное давление изменилось на один мм.рт.ст. или один мбар.

Непостоянство барической ступени поясняет математическая зависимость:

.

Например,

при Р_Н=760мм.рт.ст и t_Н= +15°С (Н~0м) – h_Б.СТ = 11,1м;

Р_Н=760мм.рт.ст и t_Н= –45°С (Н~0м) – h_Б.СТ = 8,8м;

Рн = 405,37мм рт.ст (Н=5000м) и tн = –20°С – h_Б.СТ = 18,2м;

Рн= 198,70мм рт.ст (Н=10000) и tн =–50°С – h_Б.СТ = 32,9м.

Следовательно, величина барической ступени зависит от высоты, атмосферного давления и температуры воздуха.

Перечисленные причины приводят к возникновению методических погрешностей БВ в условиях, когда фактические значения барической ступени, температуры и атмосферного давления, отличаются от стандартных, принятых при тарировке шкалы высоты БВ.

Методическую барометрическую погрешность, возникающую при изменении атмосферного давления на земной поверхности (Ро), а также его изменения с течением времени устраняют путем установки на шкале БВ фактического атмосферного давления требуемой изобарической поверхности (QNH или QFE). Например, пред вылетом стрелки БВ устанавливаются на нуль высоты или высоту порога ВПП. В первом случае шкала давления должна индицировать атмосферное давление на уровне аэродрома, а во втором - QNH. с допустимым по инструкции расхождением Р_ДОП.

Очень важно не допустить ошибку при установке этого давления. К сожалению, в практике гражданской авиации были случаи, когда по ошибке экипажа устанавливалось ошибочное значение Р_АЭР, что приводило к столкновению ВС с наземными препятствиями в районе аэродрома. ²⁴⁴В одном из таких случаев, вместо фактического атмосферного давления Р_АЭР=723мм.рт.ст на шкале давления БВ было установлено Р_АЭР=743мм.рт.ст., что привело к тому, что вместо высоты 400м самолет летел на высоте 400–(743–723)11=180м. Эта ошибка привела к столкновению ВС с наземным препятствием и гибели людей.

Вывод. Устранить методическую барометрическую погрешность при полете на малой высоте можно способом установки на БВ давления на уровне пролетаемой местности. На практике эта операция выполняется каждый раз перед заходом на посадку и перед взлетом ВС. Особенно опасно устанавливать на БВ завышенное относительно фактического значения давления аэродрома, т.к. это приведет к уменьшению фактического запаса высоты над препятствиями от заданного инструкцией по производству полетов или схемой захода на посадку.

Порядок коррекции высоты эшелона на отклонения по давлению:

При выполнении полетов на эшелонах с высотомером, установленным на 760мм.рт.ст. (1013,2 гПа), минимальная безопасная абсолютная высота, опубликованная на карте должна корректироваться на отклонения давления в тех случаях, когда значение давления QNHmin меньше стандартной атмосферы (760мм.рт.ст., 1013 гПа). Соответствующая поправка составляет 10м (30 фут) на каждый мм.рт.ст. (гПа) ниже 760 мм.рт.ст. (1013 гПа). Как альтернативный вариант, поправка может быть получена из графиков или таблиц стандартных поправок.

Если QNHmin < 760мм.рт.ст (1013,2гПа), необходимо учесть барометрическую поправку по формуле:

ΔНб = (760 – QNHmin) · 11, при измерении высоты в метрах.

²⁴⁵Температурные методические погрешности БВ (∆Ht) возникают из–за несоответствия фактического распределения температуры воздуха по высоте стандартным значениям. Эта погрешность равна нулю, если фактическая средняя температура слоя воздуха (Т_СР) равна той расчетной (стандартной), по которой произведена тарировка шкалы высоты БВ. Как правило, фактическая Т_СР не совпадает с расчетной, вследствие чего БВ измеряет высоту с методической погрешностью Ht.

При этом, если фактическая температура слоя выше расчетной (Т_СР>Т_Р.РАСЧ), то воздух становится менее плотным и давление с изменением высоты изменяется медленнее, а при (Т_СР<Т_Р.РАСЧ) наоборот – воздух становится более плотным и давление с увеличением высоты уменьшается быстрее (т.е. уменьшается значение барической ступени см. формулу h_Б.СТ). Например, для одного и того же давления Ро=760мм.рт.ст. при t_Н= +15°С – h_Б.СТ = 11,1м, а при t_Н= –45°С – h_Б.СТ = 8,8м. Это приводит к тому, что если температура у земли (t₀) выше стандартной (t₀> +15°С) то барометрический высотомер занижает высоту полета. Таким образом, фактическая высота полета выше его показаний, а при температуре t₀ <+15°С фактическая высота ниже его показаний.

Вывод.²⁴⁶ Учет методической температурной погрешности Ht особенно необходим при полетах на малых высотах в условиях отрицательной температуры воздуха, когда БВ завышает показания.

Рис. 6.4. Методическая температурная погрешность

Порядок коррекции на отклонения по температуре:

Минимальные безопасные абсолютные высоты должны корректироваться на отклонение фактической температуры окружающего воздуха на поверхности, в том случае, когда она гораздо ниже, чем температура, предусматриваемая стандартной атмосферой (+15°С). В таких условиях приближенная поправка заключается в увеличении абсолютной (относительной) высоты на 4% на каждые 10°С ниже стандартной температуры при измерении температуры в месте нахождения высотомера. Это считается безопасным для всех абсолютных высот места нахождения высотомера при температурах выше -15°. Для более низких температур следует определять более точные поправки из таблиц опубликованных в DOC 8168, том1, часть6, гл3.

Температурная поправка, как правило, рассчитывается в уме, используя зависимость:

• на каждые 10° отклонения фактической температуры от стандартной – значение температурной поправки составляет 4% от опубликованной высоты (например, высоты пролета РТС наведения на конечном этапе захода).

Например, фактическая температура на поверхности земли равна - 20°С, а опубликованная на схеме высота пролета маяка H_LOM = 500м. Требуется рассчитать минимальную безопасную абсолютную высоту пролета LOM ( H_LOM ) с учетом температурной поправки. В этих условиях температурная поправка составит

((- 20 – 15) / 10)) × 4 = 14% от высоты, т.е.

Ht_LOM = 0,14  H_LOM = 0,14500 = - 70м,

H_LOM = 500 – (- 70) = 570м.

Расчет температурной поправки с помощью счетного устройства выполняется по формуле:

ΔНt = ((t₀ – 15) / 10)) ∙ 0,04Набс.

Примечание. Если ΔНt по модулю превышает 20% от установленного запаса высоты (МОС), то необходимость ее учета в значения минимальных абсолютных высот на участках маршрута определяется по значению GRID MORA (см. пример в п.10.8.1.).