10.2. Измерители высоты полета

Барометрические высотомеры и датчики измеряют абсолютную и относительную высоту полета. Их принцип действия основан на измерении статического атмосферного давления среды, которая измеряется по гипсометрическим законам:

для высот до 11 ООО м где Ро, р1Ъ рн.— давление у поверхности земли, на высоте 11 ООО м и на измеряемой высоте соответственно; Т0, Тп — абсолютная температура у земли и на высоте 11 ООО м; R — газовая постоянная воздуха; т — температурный градиент, т. е. величина изменения температуры воздуха с изменением высоты на 1 м.

Поскольку параметры р0, Т0, Тп, х — постоянные величины, Измеряемая абсолютная высота является функцией только давления, т. е. Яабс =  (рн). Следовательно, высотомеры для измерения абсолютной высоты представляют собой фактически измерители давлений среды со шкалой, проградуированной в единицах высоты.

Относительная высота зависит от барометрического давления на измеряемой высоте Рн на уровне поверхности, относительно которой оно измеряется роп и температуры Т'н заторможенного потока среды на этом уровне, т. е. Яотн =  (рП, ротн, Тн). Поэтому в конструкции измерителя относительной высоты предусмотрено специальное устройство, которое вводит поправки на изменение величин давления ротн и температуры Т*н над местностью, относительно которой измеряется высота.

На смотреть статью под номером 10.4 показана кинематическая схема барометрического высотомера типа ВД.

Чувствительным элементом высотомера служит анероидная коробка 15, смонтированная внутри герметичного корпуса. Его внутренний объем соединен со статической системой самолета.

В том случае, если самолет находится на высоте, соответствующей уровню Мирового океана, анероидная коробка оказывается деформированной так, что стрелки 4 и 5 устанавливаются на нулевых отметках шкал 3 я 17 прибора.

На высотах, отличных от нулевой, в результате изменения атмосферного давления происходит деформирование анероидной коробки. Линейное перемещение ее подвижного центра 14 с помощью тяги 12, оси с сектором 9 и редуктора 8 преобразуется во вращательное движение стрелок 4 и 5. Кинематическая система передачи такова, что при изменении высоты полета на 1000 м стрелка 4, показывающая на шкале 3 высоту в метрах, совершает полный оборот, а стрелка 5 указывает по шкале 17 один километр. Поскольку деформация анероидной коробки пропорциональна статическому давлению воздушной среды, высотомер в зависимости от предварительной настройки может показывать либо абсолютную, либо относительную высоты. Эта настройка осуществляется кремальерой 1.

Если кремальерой установить поворотное основание 7 на индекс отметки 760 мм рт. ст., прибор показывает абсолютную высоту. Для измерения относительной высоты, например, относительного аэродрома взлета, необходимо кремальерой установить стрелки 4 и 5 на нулевых отметках шкал высотомера. Аналогичные действия выполняются в случае необходимости измерения относительной высоты над любой местностью, если атмосферное давление над ней будет сообщено экипажу.

Для компенсации инструментальных и методических ошибок, возникающих в процессе эксплуатации, высотомер имеет пружинный балансир 16, противовес 10 и температурные компенсаторы И и 13.

На современных самолетах помимо барометрических высотомеров применяются сигнализаторы опасной или заданной высоты и датчики высот. Их принцип действия аналогичен принципу действия рассмотренного высотомера.

Радиовысотомеры служат для измерения истинной высоты полета. В зависимости от разрешающей способности они подразделяются на радиовысотомеры малых и больших высот. Радиовысотомеры малых высот используются в основном при посадке и устанавливаются на всех типах самолетов.

Радиовысотомеры больших высот применяются при аэрофотосъемке. Их принцип действия основан на измерении времени запаздывания в приходе отраженных от земной поверхности радиосигналов относительно момента излучения зондирующих (прямых) сигналов.

Радиовысотомер малых высот работает в режиме непрерывного излучения модулированных по частоте электромагнитных колебаний. Генератор СВЧ (смотреть статью под номером 10.5, а) генерирует незатухающие колебания, частота которых пр изменяется по пилообразному закону (смотреть статью под номером 10.5, б). Эти колебания излучаются через передающую антенну по направлению к Земле. Отразившись от ее поверхности, колебания поступают через приемную антенну на балансный детектор. На него также поступает напряжение от генератора

СВЧ (прямой сигнал). Поскольку за время А == —прохождения сигналов к Земле и обратно частота генератора СВЧ изменяется, то на выходе балансного детектора выделяется напряжедуляции. Сигнал ошибки, воздействуя на модулятор, несколько изменяет амплитуду генерируемых им импульсов. Импульсы модуляции подаются далее на интегратор, где преобразуются в периодический сигнал пилообразной формы. Этот сигнал накладывается на постоянное напряжение 1200 В, создаваемое блоком питания, и поступает на генератор СВЧ в качестве анодного напряжения.

Роль генератора СВЧ испольняет митрон—специальный магнетронный генератор, частота генерирования которого меняется в широких пределах при изменении анодного напряжения.

При полете самолета над неровной земной поверхностью измеряемая высота все время меняется, хотя и колеблется около какогото среднего значения. Когда эти колебания происходят достаточно быстро, постоянная ошибка не обнаруживается. При полете же на малых высотах над спокойной водной поверхностью или над бетонной взлетнопосадочной полосой постоянная ошибка сказывается особенно сильно.

Для устранения указанной постоянной ошибки в РВ5 введена дополнительная частотная модуляция сигнала СВЧ. Дополнительная частота модуляции F2 в несколько раз меньше основной частоты модуляции Ft и создается генератором дополнительной частоты модуляции. Напряжение с этого генератора подводится к интегратору, где добавляется к анодному напряжению генератора СВЧ.

Для устранения ложных показаний указателя высоты и оценки общей исправности комплекта в радиовысотомере предусмотрена схема встроенного контроля. Она выдает сигнал исправной работы при полете в рабочем диапазоне высот и исправном радиовысотомере. Схема непрерывно контролирует уровень сигнала разностной частоты. При полете выше диапазона измеряемых высот и при возникновении неисправности в радиовысотомере сигнал исправности не выдается, стрелка указателя высоты уходит за затемненный сектор, и на указателе высоты загорается лампочка красного цвета.

Для предупреждения экипажа о снижении самолета ниже заранее установленной опасной высоты полета предусмотрена схема сигнализации опасной высоты. Сигнал опасной высоты подается в виде светового сигнала на указателе высоты и звукового сигнала, подаваемого в шлемофон летчика. Опасная высота устанавливается на указателе высоты перемещением подвижного индекса на шкале.

Кроме визуального показания высоты полета с помощью УВ5, радиовысотомер создает напряжение, пропорциональное высоте, непрерывно поступающее в систему автоматизированного управления самолетом (САУ) для стабилизации высоты полета или для посадки.

Радиовысотомер РВ5 позволяет измерять истинную высоту полета в диапазоне до 750 м. Погрешности в измерении высоты по указателю в диапазоне до 10 м составляют не более ±0,8 м и в диапазоне от 10 до 750 м — не более ±8%. При работе с САУ эти погрешности составляют соответственно диапазонам высот не более ±0,6 м и ±6% Яист.

Радиовысотомер больших высот. С целью повышения относительной точности в радиовысотомерах больших высот использован импульсный метод измерения истинной высоты полета. Структурная схема радиовысотомера типа РВ18, позволяющего измерять высоты от 500 до 30 000 м с погрешностью ±25 м ±0,15% от фактической высоты, представлена на смотреть статью под номером 10.6.

Генератор запуска, синхронизирующий работу радиовысотомера, вырабатывают прямоугольные импульсы с периодом следования т (смотреть статью под номером 10.7, а), запуская этим передатчик и генератор «быстрой пилы». Генерируемые передатчиком высокочастотные колебания излучаются передающей антенной в направлении земной поверхности. Отраженные от земли сигналы принимаются приемным трактом высотомера и после усиления и детектирования в приемнике поступают в блок электронного сопровождения.

В режиме поиска отраженного сигнала вырабатываемые генератором «Быстрой пилы» импульсы поступают в схему сравнения. Туда же передается линейно возрастающее напряжение из генератора «Медленной пилы» (смотреть статью под номером 10.7, б). В те моменты, когда величины напряжений обоих сигналов совпадают, происходит срабатывание схемы сравнения, и выходной сигнал запускает генератор селекторных импульсов. Селекторный импульс (смотреть статью под номером 10.7, в) оказывается задержанным относительно импульса передатчика на время, пропорциональное напряжению медленной пилы в данный момент. Поскольку напряжение медленной пилы плавно возрастает, задержка селекторного импульса от периода к периоду также плавно возрастает, и селекторный импульс перемещается в диапазоне времени, соответствующем высоте от 450 м до 30 км. Если в диапазоне поиска отсутствуют отраженные о г земли импульсы, поиск начинается сначала.

Режим измерения наступает в тот момент, когда в схеме совпадения селекторный импульс совпадает с импульсом, отраженным от земли (смотреть статью под номером 10.7, г). Импульс совпадения, называемый поисковым импульсом (смотреть статью под номером 10.7, д), поступает со схемы совпадения на схему «И», куда также подаются высокостабильные во времени счетные импульсы от кварцевого генератора. Поисковый импульс прекращает прохождения счетных импульсов через схему «И», и двоичный счетчик, считывающий поступившее за время t3 число импульсов, фиксирует их количество соответствующее измеряемой высоте (Яист) (смотреть статью под номером 10.7, е).

Радиовысотомер может работать со стрелочным или цифровым указателем высоты. При работе со стрелочным указателем цифровой двоичный'код преобразуется блоком связи в постоянное напряжение, отклоняющее стрелку указателя на угол, пропорциональный измеренной высоте. Для работы цифрового указателя двоичный код преобразуется в десятичный.

Наличие сигналов в виде двоичного кода позволяет использовать радиовысотомер для работы навигационнопилотажного комплекса, самолета. В радиовысотомере предусмотрен самоконтроль в полете и на аэродроме. Для этого вместо отраженного сигнала в блок электронного сопровождения подается прямой импульс передатчика, появившийся на выходе приемника в момент излучения вследствие недостаточной развязки между приемником и передатчиком. Этот импульс задерживается линией задержки и имитирует отраженный от земли сигнал. По показаниям индикакаторов можно судить о нормальной работе радиовысотомера.