ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО КОРРЕКЦИИ ВЫСОТЫ ПОЛЕТА ПРИ ВЗЛЕТЕ И ПОСАДКЕ САМОЛЕТНОГО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО БАРОМЕТРИЧЕСКОГО ВЫСОТОМЕРА
SEMIAUTOMATIC FLIGHT ALTITUDE CORRECTOR OF AIRCRAFT ELECTROMECHANICAL BAROMETRIC ALTIMETER AT TAKEOFF AND LANDING

Изобретение относится к области авиационной техники, летной эксплуатации воздушных судов, к авиационному приборостроению.
При эксплуатации воздушных судов существует проблема измерения высоты полета. Суть проблемы в следующем.
Планета Земля окружена равномерной однородной оболочкой воздуха - атмосферой, толщина которой порядка 12000 метров. Несмотря на постоянно действующие многочисленные разнонаправленные воздушные потоки, ветры, ураганы не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном направлении (конвективные воздушные потоки), статическое не возмущенное давление воздуха в атмосфере остается постоянным везде и строго изменяется только по вертикали, т.е. по высоте. Эта закономерность природы положена в основу измерения высоты полетов самолетов. Условились считать, измерение высоты от уровня, соответствующего величине 760 мм рт.ст. (1013,2 гПа), его назвали «стандартное атмосферное давление».
Но не все так просто, а наоборот, очень сложно.
Рельеф планеты Земля не ровный, есть низменности, равнины, возвышенности, горы, горные долины, моря и каждой местности, в том числе на которой сооружен аэродром (гидроаэродром), соответствует своя вертикальная высота и свое статическое атмосферное давление. Кроме того, в конкретной местности устанавливается своя погода и свое атмосферное давление, например, в одной равнинной местности солнечно, ясно и тепло, устанавливается одно атмосферное давление, а в этой же местности в 10-30 км стоит облачность, ветрено, идет дождь и прохладно, устанавливается другое атмосферное давление, иногда значительно отличающееся. Эти два фактора формируют свое индивидуальное результирующее - т.н. «атмосферное давление на аэродроме», которое меняется случайно и не поддается установлению закономерности. В частных случаях «атмосферное давление аэродрома» (гидроаэродрома) может быть равно «стандартному атмосферному давлению» 1013,2 гПа.
Проблема заключается в том, что самолеты взлетают и приземляются, измеряя высоту от уровня аэродрома (гидроаэродрома), т.е. от взлетно-посадочной полосы («атмосферное давление аэродрома»), а в полетах - по трассам, измеряют высоту от «стандартного атмосферного давления» и менять уровень отсчета высотомера на самолете, требуется три раза за полет.
Поэтому необходимо, именно в определенный момент полета, вводить в бортовые барометрические высотомеры коррекцию - уровень отсчета высоты. Этот «определенный момент» для взлетающих самолетов и заходящих на посадку разный по высоте и времени полета и приходится на самые интенсивные и напряженные этапы полета.
Так при заходе самолета на посадку с высоты 1000 метров до касания ВПП колесами проходит всего 200-240 секунд и пилоту нужно выполнить множество важнейших действий, чтобы вписаться строго на ось ВПП по курсу и снижению (глиссаде), строго выдерживать пространственное положение самолета на минимальной (посадочной) скорости, управлять механизацией крыла, выпуском шасси, тягой двигателей, строго выдерживать воздушную скорость, вести радиосвязь. Здесь надо заметить, что воздушное движение нередко напряженное, схемы заходов на посадку бывают очень сложными (аэродромы в горных долинах, близость городов, закрытые зоны и т.п.) требования к выполнению схем заходов строжайшие, очень высокая интенсивность графика посадок, достигающая 40 секунд, иногда жаркий климат, влияющий на тягу двигателей. И при этом, только в определенный момент, необходимо ввести числовую величину (коррекцию)* в барометрический электромеханический высотомер, которую пилот получает посредством радиообмена с диспетчером УВД при не всегда разборчивой связи. При полетах за рубежом процедура введения коррекции еще больше усложняется: другой метод отсчета уровня высоты, что требует сложных расчетов, применение национальных единиц-футов, дюймов и др., знания иностранного языка. Таким образом, при заходе на посадку существует реальная возможность, что пилот и экипаж, именно в строго определенный момент полета, в некоторой полетной ситуации, не переключают свое внимание на выполнении коррекции высотомера, по причине исключительной занятости и сосредоточенности внимания на других объектах управления, не вводят поправку в барометрический высотомер, в результате самолет летит на заниженной высоте, сталкивается с наземными препятствиями и погибает.
Фатальный недостаток в том, что жизненно важная технологическая операция управления полетом: введение коррекции в бортовой барометрический высотомер выполняется только вручную, не страхуется автоматикой и подвержена т.н. «человеческому фактору».
Известен прибор - авиационный высотомер, содержащий герметичный корпус, штуцер в нем подачи забортного статического атмосферного давления высоты полета «Р ст.заб.», барометрический измерительный механизм, соединенный с ним индикатор высоты на лицевой части, преобразователь, штепсельный разъем и узел ввода коррекции вручную, состоящий из задатчика ввода величин «атмосферное давление «Р» (весь диапазон), кинематически связанного с барометрическим измерительным механизмом и барометрической шкалой с нанесенными величинами атмосферных давлений, которые считывают в окне на лицевой части (см., например, книгу «Авиационные приборы», авт. О.И.Михайлов, И.М.Козлов, Ф.С.Гергель, Москва, изд. «Машиностроение», 1977 г., стр.13-25).
Для получения правильной достоверной информации с электромеханического барометрического высотомера в любой момент полета с индикатора высоты и в самолетные системы, пилоту необходимо в каждом полете следующене.
1. Получить информацию:
- величины «атмосферное давление аэродрома «Р а » (гидроаэродрома) вылета и аэродрома посадки,
- величины высоты введения коррекции «высоту перехода» и «высоте эшелона перехода «Н э».
2. Ввести вручную полученную информацию в электромеханический барометрический высотомер.
Первая задача решается посредством радиосвязи пилота с руководителем полетов, кроме того, перед каждым полетом руководитель полетов аэродрома вылета знакомит пилота и экипаж с метеорологической обстановкой по трассе, сообщает величину атмосферного давления на аэродроме прибытия и запасном, на данный момент времени.
В полете пилот может получить указанную информацию в устном виде на данный момент времени, по специализированному одностороннему каналу связи «Метео», работающему непрерывно в режиме повторения сообщения голосом оператора, в КВ-диапазоне частот.
В районе подхода к аэродрому посадки руководитель полетов по УКВ радиосвязи обязан сообщить пилоту величину фактического атмосферного давления на аэродроме и величину высоты эшелона перехода, а пилот обязан принять эту информацию, выполнить соответствующие действия и доложить о выполнении руководителю полетов.
Радиотелефонное сообщение всегда сопровождается эфирным шумом в наушниках, однополостной радиосвязи, часто соизмеримым с уровнем полезного сигнала - голосом оператора, диспетчера УВД, в большинстве случаев также низкочастотного диапазона, к тому же надо добавить дефекты речи, национальный акцент, плохое знание английского языка (на международных авиатрассах).
Вторая задача осложняется следующими обстоятельствами:
- дефицитом общего времени, строго в промежуток которого необходимо выполнить жизненно важную технологическую операцию управления полетом - ввести коррекцию в электромеханический барометрический высотомер, весь процесс захода на посадку с высоты 1000 метров, требует всего 200-220 секунд до касания ВПП шасси самолета;
- особой загруженностью пилота и экипажа на этапах взлета и, особенно, посадки, счет идет на секунды;
- необходимостью строгой последовательности выполнения действий;
- конкретными моментами по высоте и времени полета введения коррекции при взлете и посадке (разные технологии);
- ограниченным временем выполнения самой операции коррекции;
- малыми размерами информационного поля («окна» на лицевой части электромеханического барометрического высотомера, в котором надо считывать величины атмосферных давлений барометрической шкалы), мелким шрифтом и плохим его освещением;
- сбоем и задержкой в выполнении действий введения коррекции по любой причине;
- возникновением нештатной ситуации по любой причине;
- отсутствием сигнала, в частности звукового, или активного «запрета» при не введении, не правильном введении, не своевременном введении коррекции;
- отсутствием возможности страховки автоматикой;
- влиянием СМУ;
- «человеческим фактором».
Любые ошибки пилота на этапе захода на посадку для самолетов полетной массой 400-180-70-60-40-16 тонн на минимальной скорости (посадочная скорость) исправить очень сложно или невозможно, что приводит к трагическим последствиям.
При взлете, наборе высоты неправильное выполнение коррекции электромеханического барометрического высотомера или вовсе невыполнение коррекции, допустим, с разницей 10-12 мм рт.ст. и больше - является явным нарушением ППП, опасно, но не смертельно и не приводит к трагическим результатам, реально не замечается пилотом при наборе высоты. На эшелоне же, в установившемся горизонтальном прямолинейном полете, добросовестный ответственный диспетчер УВД при наблюдении за целью (самолетом) и контролю высоты по каналу вторичной РЛС, укажет пилоту на несоответствие высоты фактическому эшелону полета. Несоответствие тем больше и заметнее, чем больше разность между величинами: значением барометрического давления на барометрической шкале электромеханического барометрического высотомера и величиной «стандартного атмосферного давления «Р стан.». Пилот должен признать свою ошибку и немедленно выполнить коррекцию электромеханического барометрического высотомера и занять разрешенный эшелон полета. Однако неквалифицированный амбициозный пилот может не признать свою грубейшую ошибку (имея ввиду, что она не может быть документально зафиксирована) и продолжать полет выше или ниже разрешенного эшелона. Вот именно эта полетная ситуация крайне опасна, т.к. уменьшается интервал вертикального эшелонирования, что может, в некоторых случаях, привести к опасному сближению самолетов в воздухе, или к их столкновению с печальными последствиями.
Недостатком введения вручную величины «атмосферное давление аэродрома «Р а» особенно при заходе на посадку, является необходимость пилота отвлекаться на радиосвязь, переключать свое внимание на введение коррекции в электромеханический барометрический высотомер, точнее на его маленькое окно с подвижной барометрической шкалой, при этом взор пилота отрывается от лобового стекла на несколько секунд, и пилот теряет визуальный контроль над воздушной обстановкой и пространственным положением самолета и переключает внимание на приборную доску с высотомером, после введения коррекции - снова переключает внимание на приближающуюся ВПП. И этот процесс происходит на самом напряженном завершающем этапе полета в интервале за 200-220 секунд до касания колесами ВПП.
Цель изобретения - уменьшить нагрузку на пилота воздушного судна в начальном и особенно на завершающем этапах полета, повысить безопасность полета.
Поставленная цель достигается тем, что в самолетный электромеханический барометрический высотомер дополнительно введены: компьютер вычисления коррекции, узел отработки и узел световой сигнализации, узел ввода коррекции выполнен электронным, соединен с компьютером вычисления коррекции и состоит из двух одинаковых автономных задатчиков вручную величин «Атмосферное давление аэродрома «Р а.» (гидроаэродрома) и «Высота эшелона перехода Н э.», каждый из которых выполнен из последовательной цепи: рукоятки величины «Р а.» или «Н э.», механическое движение которой выдает сигнал в аналоговом виде, преобразователя, преобразовывающего поступающий сигнал в потенциальный двоичный параллельный код для дальнейшей операционной обработки, повторителя, защищающего преобразователь от повреждения соединительной линии с компьютером вычисления коррекции, соответствующих клемм «Р а.» и «Н э.» штепсельного разъема корпуса высотомера, выход преобразователей каждой цепи соединен с другим преобразователем, преобразовывающим потенциальный двоичный код в цифры десятичного кода, которые высвечиваются на электронном индикаторе задаваемых величин «Р а.» и «Н э.», расположенном на лицевой части корпуса, компьютер вычисления коррекции состоит из блока памяти с регистрами: величины эшелона перехода «Н э.», величины интервала высоты переходного слоя, величины операционной высоты нижнего уровня, величины операционной высоты верхнего уровня, величины атмосферного давления аэродрома «Р а.», величины стандартного атмосферного давления «Р ст.», величин поправок аэродинамической «H аэр.» и инструментальной «Н инст.» погрешностей, и функциональных вычислителей: вычислителя величины высоты перехода, вычислителя высоты нижнего уровня коррекции, вычислителя полета в переходном слое, величин пороговых высот переходного слоя, моментов введения коррекции, соединенного посредством ключа в узле световой сигнализации со световым сигнализатором, например, оранжевого цвета, вычислителя высоты верхнего уровня коррекции, вычислителя команд верхнего уровня коррекции, управляющего посредством ключа подачей сигнала «Р стан.» из регистра «стандартное атмосферное давление «Р стан.» на вход «Р стан., Р а» штепсельного разъема узла отработки и посредством ключа в узле световой сигнализации синхронно управляет световым сигнализатором, например, светодиодом синего цвета, вычислителя команд нижнего уровня коррекции, управляющего посредством ключа подачей сигнала «Р а.» из регистра «атмосферное давление аэродрома» на «вход Р стан., Р а.» штепсельного разъема узла отработки и посредством ключа синхронно управляет световым сигнализатором, например, светодиодом зеленого цвета, узел отработки вводит в строго определенный момент полета, в зависимости от взлета или посадки, величины «Р а.» или «Р стан.» в барометрический измерительный механизм, он состоит из повторителя, который восстанавливает импульсный сигнал «Р а» или «Р стан.» в виде потенциального двоичного кода по амплитуде и форме импульсов поступающего из компьютера вычисления коррекции, преобразователя преобразовывающего его в аналоговое напряжение, и подает на вычислитель рассогласования, на него же поступает с аналогового повторителя напряжение, соответствующее положению барометрической шкалы, соединенной с барометрическим измерительным механизмом, вычислитель рассогласования сравнивает амплитуды напряжений и вычисляет сигнал рассогласования, амплитуда которого управляет скоростью вращения микродвигателя, а полярность управляющего напряжения управляет направлением вращения, микродвигатель через кинематическую передачу отрабатывает нулевое рассогласование, узел световой сигнализации выполнен из трех параллельных электрических цепей каждая из которых состоит из светодиода, пускового элемента и коммуникаций, соединяющих светодиод с соответствующими вычислителями компьютера вычисления коррекции, при этом информация: «Высота приведена к уровню аэродрома «Р а.» индицируется работой светодиода, например, зеленого цвета, соединенного с регистром «Р а.», информация: «Полет в переходном слое» индицируется работой светодиода, например, оранжевого цвета, соединенного с вычислителем полета в переходном слое высоты Н-3, информация: «Полет по стандартному атмосферному давлению «Р стан.» индицируется работой светодиода, например, синего цвета, соединенного с регистром «Р стан.», причем светодиоды размещены на лицевой части корпуса так, что их не закрывают стрелки индикатора, светящаяся колба их выступает за поверхность лицевой части корпуса на 1-3 мм, расположены они в один ряд и снабжены надписями крайний слева, например, зеленый «Р а.», крайний справа, например, синий «Р стан.», между ними, например, оранжевый «Полет в переходном слое», причем компьютер вычисления коррекции может быть выполнен отдельным блоком и установлен отдельно.
На представленных чертежах изображено.
Фиг.1. Функциональная схема электромеханического барометрического высотомера с вновь введенными узлами.
Фиг.2. Функциональная схема компьютера вычисления коррекции.
Фиг.3. Схемы траекторий полетов при взлете и снижении с указанием высот, величины которых применены в вычислении коррекции.
Перечень позиций функциональных элементов и их назначение
1. Герметичный корпус штатного электромеханического барометрического высотомера.
2. Узел отработки.
3. Узел электронных задатчиков: «атмосферное давление аэродрома «Р а» (гидроаэродрома), «высота эшелона перехода Н э».
4. Узел световой сигнализации.
5. Штуцер, через который подают забортное статическое атмосферное давление высоты полета «Р ст.заб.».
6. Барометрический измерительный механизм.
7. Индикатор высоты (шкала, стрелки).
8. Преобразователь. Преобразовывает величину высоты индикатора 7 в электрический сигнал - потенциальный двоичный параллельный код.
9. Повторитель. Дополнительно введен в электромеханический барометрический высотомер, предназначен для выдачи дискретного сигнала высоты самолетным потребителям: РЛС, САУ, компьютеру вычисления коррекции 44, развязывает их электрические цепи, увеличивает входное сопротивление преобразователя 8.
10. Клемма, электрический выход потребителю: ответчик вторичной РЛС.
11. Клемма, электрический выход потребителю: компьютер вычисления коррекции 44.
12. Клемма, электрический выход потребителю: бортовая САУ.
13 Клемма, электрический аналоговый выход: бортовая САУ.
14. Микродвигатель.
15. Кинематическая передача.
16. Барометрическая шкала с нанесенными величинами атмосферных давлений с механической связью и электрическим выходом.
17. Повторитель сигнала электрического выхода 16.
18. Вычислитель абсолютной величины и знака рассогласования разности между величинами давления барометрической шкалы 16 и значением давления коррекции в электрическом виде.
19. Преобразователь величины давления коррекции из дискретного вида в аналоговую величину.
20. Повторитель. Восстанавливает поступивший дискретный сигнал по длительности импульсов, амплитуде и крутизне фронтов из-за возможного изменения на длинной соединительной линии между электромеханическим барометрическим высотомером и компьютером вычисления коррекции.
21. Клемма, вход сигнала «Р стан.», «Р а».
22. Рукоятка «Р а» задатчика величины «атмосферное давление аэродрома «Р а».
23. Преобразователь. Преобразовывает механическое движение рукоятки 22 в электрический сигнал - потенциальный двоичный параллельный код, соответствующий задаваемой величине «Ра».
24. Повторитель. Защищает преобразователь 23 от повреждения соединительной линии с блоком 44: короткого замыкания, утечки на массу, наводки паразитных электрических полей и т.п.
25. Клемма электрический выход величины «Р а».
26. Преобразователь, преобразовывает потенциальный двоичный параллельный код преобразователя 23 в десятичный код.
27. Электронный индикатор «Р а», жидкокристаллическая матрица на пять цифр десятичного кода с точкой.
28. Рукоятка «Н э» задатчика величины «высота эшелона перехода «Н э».
29. Преобразователь. Преобразовывает механическое движение рукоятки 28 в электрический сигнал - потенциальный двоичный параллельный код, соответствующий задаваемой величине «Н э».
30. Повторитель. Защищает преобразователь 29 от повреждений соединительной линии с блоком 44: короткого замыкания, утечки на массу, наводки паразитных электрических полей и т.п.
31. Клемма, электрический выход величины «Н э».
32. Преобразователь, преобразовывает потенциальный двоичный параллельный код преобразователя 29 в десятичный код.
33. Электронный индикатор «Н э», жидкокристаллическая матрица на четыре цифры десятичного кода
34. Клемма, вход сигнала «Р а».
35. Ключ. Пусковой элемент, предназначен для развязывания цепи компьютера вычисления коррекции 44 с электромеханическим барометрическим высотомером.
36. Светосигнализатор. «Высота приведена к уровню аэродрома «Р а». Светодиод зеленого цвета.
37. Клемма, вход сигнала «Полет в переходном слое».
38. Ключ. Пусковой элемент, предназначен для развязывания цепи компьютера вычисления коррекции 44 с электромеханическим барометрическим высотомером.
39. Светосигнализатор. «Полет в переходном слое». Светодиод оранжевого цвета.
40. Клемма, вход сигнала «Р стан.».
41. Ключ. Пусковой элемент, предназначен для развязывания цепи компьютера вычисления коррекции 44 с электромеханическим барометрическим высотомером.
42. Светосигнализатор. «Полет по стандартному атмосферному давлению «Р стан.» светодиод синего цвета.
43. Штепсельный разъем электромеханического барометрического высотомера.
44. Компьютер вычисления коррекции.
45. Блок памяти.
46. Регистр Н-2 «Н э».
47. Регистр Н-3.
48. Регистр Н-6.
49. Регистр Н-8.
50. Регистр Р-1, Н-1, «Р а».
51. Регистр Р-0, Н-0, «Р стан.».
52. Регистр введения поправок Н аэр., Н инст.
53. Вычислитель высоты перехода Н-4.
54. Вычислитель высоты нижнего уровня коррекции Н-7.
55. Вычислитель полета в переходном слое высоты Н-3.
56. Вычислитель высоты верхнего уровня коррекции Н-9.
57. Вычислитель команд верхнего уровня коррекции Н-9.
58. Ключ. Пусковой элемент для пропуска информации с регистра 51 Р-0=«Р стан.».
59. Вычислитель команд нижнего уровня коррекции Н-7.
60. Ключ. Пусковой элемент для пропуска информации с регистра 50 Р-1=«Р а».
61. Плата диодов. Диоды предназначены для надежности выполнения команд.
62. Клемма вход «текущая высота «Н-5» с узла 1 клемма 11 штепсельного разъема 43.
63. Клемма, вход информации «Высота эшелона перехода «Н-2»=«Н э».
64. Клемма, вход информации «Атмосферное давление аэродрома» (гидроаэродрома) Н-1=«Р а».
65. Клемма, выход информации на световой сигнализатор «Полет в переходном слое».
66. Клемма, выход информации на световой сигнализатор «Полет по стандартному атмосферному давлению «Р стан.».
67. Клемма, выход информации на световой сигнализатор «Полет по атмосферному давлению аэродрома «Р-а».
68. Клемма, выход информации коррекции: «Р а», «Р стан.» на узел 2 клемму 21.
69. Условная точка «А» траектории полета, соответствующая высоте эшелона перехода в районе подхода к аэродрому. При влете, наборе высоты, именно на этой высоте, гаснет светодиод оранжевого цвета 39, и загорается светодиод синего цвета 42. При снижении заходе на посадку, именно на этой высоте, гаснет светодиод синего цвета 42, и загорается светодиод оранжевого цвета 39.
70. Условная точка «Б» траектории полета, соответствующая высоте перехода. При взлете, наборе высоты, именно на этой высоте, гаснет светодиод зеленого цвета 36 и загорается светодиод оранжевого цвета 39. При снижении, заходе на посадку, именно на этой высоте, гаснет светодиод оранжевого цвета 39 и загорается светодиод зеленого цвета 36. Последний рубеж контроля параметров полета дает информацию: коррекция выполнена, высота истинная, приведенная к уровню ВПП, все нормально, можно садиться.
71. Условная зона (временной интервал, расстояние, высоты) на фиг.3 для наглядности пояснения работы свечения светодиода 36 зеленого цвета.
72. Условная зона (временной интервал, расстояние, высоты) на фиг.3 для наглядности пояснения работы свечения светодиода 39 оранжевого цвета.
73. Условная зона (временной интервал, расстояние, высоты) на фиг.3 для наглядности пояснения работы свечения светодиода 42 синего цвета.
Сокращения и технические термины, примененные в описании:
- ВПП - взлетно-посадочная полоса/
- Высота перехода - высота, при пересечении которой при взлете? бортовые барометрические высотомеры необходимо приводить к стандартному атмосферному давлению.
- ВСУ - вспомогательная силовая установка.
- Руководитель полетов (диспетчер УВД) - ответственное должностное лицо, управляющее полетом воздушных судов/
- Подход к аэродрому - воздушное пространство, в котором воздушные суда выполняют маневры для захода на посадку.
- ППП - правила производства полетов (ведомственный документ).
- РЛС - радиолокационная станция.
- САУ - система автоматического управления полетом самолета.
- СМУ - сложные метеорологические условия.
- СВС - система воздушных сигналов бортовая.
- KB - короткие волны.
- УКВ - ультракороткие волны.
- УВД - управление воздушным движением.
- Эшелон перехода - высота, при пересечении которой, при заходе на посадку - бортовые барометрические высотомеры необходимо приводить к атмосферному давлению аэродрома.
Δ - малая величина/
Н - высота.
Vy - вертикальная скорость снижения, подъема.
V приб. - скорость воздушная по барометрическому указателю скорости.
< - знак больше, правая часть.
> - знак меньше, правая часть/
В основу работы устройства положено выполнение в компьютере 44 вычисления коррекции математических операций с величинами высот, заранее заложенными в блоке памяти, последовательно вычисляемыми, а также вводимыми оператором (пилотом) относительно переменной величины - текущей высоты полета Н-5.
Компьютер вычисляет момент введения коррекции, дает команду на введение коррекции и вводит величину самой коррекции как на взлете, так и при заходе на посадку. Для этого, вертикальное воздушное пространство аэродрома (гидроаэродрома) от ВПП до эшелона перехода включительно, условно разделено на ряд высот, величины которых являются операционными для вычисления момента введения коррекции. Выходная итоговая информация выполнена визуальной цветовой сигнализацией: «Высота приведена к уровню аэродрома «Р а» «Полет в переходном слое», Полет по стандартному атмосферному давлению «Р стан.».
Конструктивно полуавтоматическое устройство коррекции высоты полета при взлете и посадке самолетного электромеханического барометрического высотомера выполнено единым блоком - штатным электромеханическим барометрическим высотомером, однако, при невозможности разместить вновь введенные узлы устройства в корпусе установленного размера, предусмотрено разделение конструкции на два блока и размещение второго блока в техническом пространстве кабины самолета вплоть до четвертого шпангоута. Такая компановка устройства представлена функциональными схемами на фиг.1 и фиг.2. Собственно штатный электромеханический барометрический высотомер дополнен вновь введенными конструктивными узлами, размещенными в его корпусе: узлом 2 отработки, узлом 3 электронных задатчиков величин «атмосферное давление аэродрома «Р а» и «высота эшелона «Н э», узлом 4 световой сигнализации. Отдельным новым блоком 44 выполнен компьютер вычисления коррекции.
В герметичном корпусе 1 электромеханического барометрического высотомера со штуцером 5 «Р ст.заб.», через который подают забортное статическое атмосферное давление высоты полета, установлен барометрический измерительный механизм 6, соединенный с индикатором высоты 7 на лицевой части и преобразователем 8, который соединен через повторитель 9, параллельными ветвями с внешними потребителями электрического сигнала высоты преобразователя 8, через штепсельный разъем 43, выход 10 РЛС, выход 11 компьютер вычисления коррекции 44, выход 12 дискретный, бортовая САУ, выход 13 аналоговый, бортовая САУ, на которые поступает величина приведенной высоты.
Узлом 3 электронных задатчиков пилот вручную, заранее, задает исходные данные. Рукояткой 22 «Р а» устанавливает величину атмосферного давления на аэродроме, которая индицируется в окне на лицевой части посредством преобразователей 23 и 26 электронным индикатором 27 «Р а», пятиразрядным числом десятичного кода, например, 1007,2 гПа (что соответствует превышению ВПП над уровнем моря на 50 метров). Механическое перемещение рукоятки 22 преобразователь 23 в виде электрического сигнала передает через повторитель 24, клемму 25 «выход Р а» выдает на вход 64 «Р а» компьютера 44 вычисления коррекции. Рукояткой 28 «Н э» устанавливают величину высоты эшелона перехода (фиг.3, Н-2=Н э), которая индицируется в окне лицевой части посредством преобразователей 29 и 32 электронным индикатором 33 «Н э» четырехразрядным числом десятичного кода, например, 0600 м. Механическое перемещение рукоятки 28 преобразователь 29 в виде электрического сигнала через повторитель 30, клемму 31 «выход Н э» выдает на вход 63, « Н-2=Н э» компьютера 44 вычисления коррекции.
Компьютер 44 вычисления коррекции, см. фиг.1, 2, 3, принимает информацию: величины «атмосферное давление аэродрома» «Р а»=(Р-1)=(Н-1) вход 64, величины «высота эшелона перехода» «Н э»=(Н-2) вход 63, с задатчиков 22 и 28 соответственно и переменную величину текущей высоты полета Н-5 вход 62 с электромеханического барометрического высотомера.
Диаграмма высот, поясняющая работу компьютера 44 вычисления коррекции, представлена на фиг.3, на ней показано:
«Р стан.»=Р-0, Н-0=0 метров - условный уровень Балтийского моря при температуре +15°С, при многолетних наблюдениях, на котором атмосферное давление соответствует 760 мм рт.ст.=1013 мбар=101325 Па=1013,2 гПа. Атмосферное давление на этом уровне принято считать «Стандартным атмосферным давлением» «Р стан.». От него измеряют высоту расположения аэродромов и высоту полета.
«Р а», Р-1, Н-1, - называли «Атмосферное давление аэродрома» «Ра» в данное время. Соответственно высота, соответствующая атмосферному давлению аэродрома (гидроаэродрома). Т.е. высота аэродрома (гидроаэродрома) в метрах, относительно уровня Балтийского моря. Аэродромы могут быть равнинные с высотой, близкой к уровню Балтийского моря. Аэродромы могут быть расположены выше уровня Балтийского моря, а также аэродромы, расположенные значительно выше уровня Балтийского моря (горные и высокогорные аэродромы). Но существуют географические территории, расположенные ниже уровня Балтийского моря, например, в районе Красного моря, т.е. где нормальное атмосферное давление выше 760 мм рт.ст. Поэтому в авиационных барометрических высотомерах предусмотрено введение поправки (коррекции) на атмосферное давления аэродрома: от +1100÷(-250) метров, (88730-104364 Па). Т.е. установление уровня, от которого измерение высоты в метрах будет соответствовать действительному.
Конструкции всех авиационных барометрических высотомеров предусматривают ручное введение коррекции (поправки) посредством специальной рукоятки (кремальеры), кинематически связанной с барометрической шкалой электромеханического барометрического высотомера в диапазоне порядка 670-790 мм рт.ст.=+1050-(-300) метров = 89331-104981 Па, которая, в свою очередь, кинематически связана со стрелками индикатора высоты 7.
«Н э», Н-2 (метры) - величина высоты «эшелона перехода».
Н-3 (метры) - операционная величина = 300 м, интервал высоты переходного слоя между высотой перехода и эшелоном перехода. В соответствии с ведомственными руководящими документами эта высота должна быть не менее 300 метров.
Н-4 (метры) - «высота перехода» операционная величина, высота от уровня аэродрома до уровня высоты перехода.
Н-5 (метры) - величина текущей высоты полета самолета в любой момент времени.
Н-6 (метры) операционная величина интервала высоты. Назначена 20 метров из условий параметров полета в «точке 2»: Vy=5 м/с, Н=400 м; порога чувствительности электромеханического барометрического высотомера 15-30 метров; возможных отклонений величины вертикальной скорости при взлете и снижении; максимального времени отработки механической следящей передачи высотомера 3-5 с.
Н-7 (метры) операционная величина высоты.
Н-8 (метры) операционная величина интервала высоты. Назначена 40 метров из условий параметров полета в «точке 1»: Vy=8-10 м/с, Н=1000 метров; порога чувствительности электромеханического барометрического высотомера 15-30 метров; возможных отклонений вертикальной скорости при взлете и снижении; максим, времени отработки механической следящей передачи высотомера 3-5 с;
Н-9 (метры) операционная высота.
В блоке памяти 45 запрограммированы необходимые константы и операционные величины: в регистре 46 величина Н-2 «Н э» (точка А поз.71), в регистре 47 величина Н-3=300 м, в регистре 48 величина Н-6=20 м, в регистре 49 величина Н-8=40 м, в регистре 50 величина P-1(H-1) «Р-а», в регистре 51 константа Р-0 (Н-0) «Р стан.» в соответствующей размерности, в регистре 52 предусмотрено введение инструментальной поправки Н инстр. и аэродинамической поправки Н аэр., для конкретного электромеханического барометрического высотомера, установленного на самолете.
Вычислитель 53 высоты перехода Н-4, точка Б на фиг.3, вычисляет разность Н-4=Н-2-Н-3, важную операционную величину, ниже которой текущая высота Н-5 приведена к высоте аэродрома (гарантированно), выше которой - самолет находится в переходном слое Н-3.
Вычислитель 54 высоты нижнего уровня коррекции Н-7 вычисляет алгебраическую сумму Н-7=Н-2-Н-3+Н-6. Эта операционная величина необходима для задания порога выполнения коррекции по высоте несколько выше высоты перехода, в переходном слое, чтобы обеспечить перестроечные автоматические операции: при взлете после пересечения Н-4, а при снижении до пересечения Н-4.
Вычислители 55, 57, 59 реагируют на приоритет поступления сигнала Н-7 или Н-9 в зависимости от того, выполняет самолет набор высоты или снижение.
Вычислитель 55 высоты полета в переходном слое Н-3 вычисляет интервал алгебраических неравенств: Н-7<Н-5<Н-9, Н-4<Н-5<Н-2, ограничивающих переходной слой и дает команду, через выход клемму 65, на ключ 38 и световой сигнализатор светодиоду 39 оранжевого цвета.
Вычислитель 56 высоты верхнего уровня коррекции Н-9 вычисляет разность Н-9=Н-2-Н-8 метров. Эта операционная высота необходима для задания порога введения коррекции по высоте несколько ниже эшелона перехода и обеспечения сигнализации полета в переходном слое светодиодом оранжевого цвета 39.
Вычислитель 57 команд верхнего уровня коррекции Н-9 вычисляет порог введения коррекции по величине Р-0 (Н-0) «Р стан.»=760 мм рт.ст.=1013,2 мбар=101325 Па «стандартное атмосферное давление» в результате решения алгебраического неравенства относительно величины текущей высоты Н-5. При Н-5>Н-9 (взлет, набор высоты) вычислитель дает команду «открыто» на ключ 58 и, через выход 66 - на ключ 41 (выключатели), Р-0 (Н-0) «Р стан.» из регистра 51 поступает на электромеханический барометрический высотомер и световой сигнализатор светодиод 42 синего цвета и одновременно через плату диодов 61 дает команду «закрыто» на ключи 60 и через выход 67 - на 35, при этом прекращается подача Р-1, Н-1, «Р а» из регистра 50 и гаснет светодиод зеленого цвета 36.
При Н-5<Н-9 (снижение) вычислитель дает команду «закрыто» на ключи 58 и через выход 66 - на 41, прекращается поступление Р-0 (Н-0) «Р стан.» из регистра 51, гаснет светодиод 42 синего цвета и одновременно через диод 61 дает команду «открыто» на ключи 60, и через выход 67 - на 35, при этом начинает поступать Р-1 (Н-1) «Р а» из регистра 50 в электромеханический барометрический высотомер на 21« вход Р а, Р ст.», загорается светодиод 36 зеленого цвета.
Вычислитель 59 команд нижнего уровня коррекции вычисляет порог введения коррекции по величине Р-1 (Н-1) «Р а» «атмосферное давление аэродрома», в результате решения алгебраического неравенства относительно величины текущей высоты Н-5. При Н-5>Н-7 (взлет, набор высоты) вычислитель дает команду «закрыто» на ключи 60 и через выход 67 - на 41, прекращается поступление величины Р-1 (Н-1) «Р а» из регистра 50 на электромеханический барометрический высотомер через выход 68 и «вход 21 сигналов величин Р а, Р стан.» и гаснет светодиод 36 зеленого цвета, одновременно через плату диодов 61 дает команду «открыто» на ключи 58, и через выход 66 - на 41, при этом начинает поступать величина Р-0 (Н-0) «Р стан.» через «вход 21 сигналов Р а, Р ст.» и загорается светодиод 42 синего цвета. При Н-5<Н-7 (снижение) вычислитель дает команду «открыто» на ключи 60 и, 35 через выход 67 и вход 34, величина Р-1 (Н-1)«Р а» из регистра 50 через «вход 21 сигналов Р а, Р ст.» поступает на электромеханический барометрический высотомер и загорается светодиод 36 зеленого цвета, одновременно через плату диодов 61 подается команда «закрыто» на ключи 58, 41, прекращается подача Р-0 (Н-0) «Р ст.» из регистра 51 на электромеханический барометрический высотомер, гаснет светодиод 42 синего цвета.
В продолжении всего полета обязательно светит один из светодиодов: зеленый 36, оранжевый 39, синий 42, которые информируют пилота о своевременном и правильном автоматическом введении коррекции, высоте, относительно ВПП, а также о том, что полуавтоматическое устройство коррекции высоты полета работает нормально.
Указанные неравенства превращаются в равенства при малой вертикальной скорости набора высоты и снижения, или при равенстве величин «атмосферное давление аэродрома» и «стандартное атмосферное давление» Р-1=Р-0. Р а=Р ст.
Величина коррекции «Р а» или «Р стан.» импульсным кодом через клемму 68, соединенную с входом 21 узла 2 поступает на повторитель 20, преобразователь 19 и вычислитель 18 с одной стороны, а с другой стороны он соединен с микродвигателем 14, через кинематическую передачу 15 с барометрической шкалой 16 с повторителем 17, выход вычислителя 18 соединен с входом микродвигателя и является его положительной обратной связью, вырабатывает аналоговый управляющий сигнал, амплитуда напряжения и фаза которого управляют приводом микродвигателя 14. Если величина барометрической шкалы 16 больше величины « Р а» или «Р стан.», то вращение будет, допустим, по часовой стрелке. Если величина барометрической шкалы 16 меньше величины «Р а» или «Р стан.», то вращение будет, допустим, против часовой стрелки, величина амплитуды управляет скоростью вращения привода микродвигателя 14. При равенстве величин барометрической шкалы и «Р а» или «Р стан.» нет вращения.
Узел 4 световой сигнализации обеспечивает следующую визуальную информацию: «высота приведена к уровню аэродрома «Р а» - светодиод 36, например, зеленого цвета, «полет в переходном слое» - светодиод 39, например, оранжевого цвета, «полет по стандартному атмосферному давлению «Р стан.» - светодиод 42, например, синего цвета. Узел 4 световой сигнализации выполнен из трех параллельных электрических цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных клеммы «вход» 34, 37, 40 штепсельного разъема 43, ключей 35, 38, 41 и светодиодов 36, 39, 42, причем светодиоды размещены на лицевой части корпуса так, что их не закрывают стрелки индикатора, светящая колба их выступает за поверхность лицевой части корпуса на 1-3 мм, расположены они в один ряд и снабжены надписями: крайний слева, например, зеленый «Р а», крайний справа, например, синий «Р стан.», между ними, например, оранжевый, причем компьютер 44 вычисления коррекции может быть выполнен отдельным блоком и установлен отдельно.
Работа.
При работе ВСУ или запуске двигателей включают пилотажно-навигационное оборудование, в том числе систему воздушных сигналов (СВС), в которую входит полуавтоматическое устройство коррекции высоты полета при взлете и посадке самолетного электромеханического барометрического высотомера, а при отсутствии таковой подают электроснабжение на электромеханический барометрический высотомер. Устанавливают вручную «Р а» и «Н э» аэродрома вылета.
При влете, наборе высоты и выходе на трассу электромеханический барометрический высотомер работает в автоматическом режиме, правильно выдавая величину приведенной текущей высоты полета «Н-5».
В полете заранее, допустим за 40-30 минут (или еще раньше) до входа в воздушное пространство аэродрома посадки, устанавливают вручную величины его «Н э» и «Р а» и более к нему не прикасаются. Целесообразно, при подходе к аэродрому сверить величину «Р а». *По работе световых сигналиаторов можно достаточно точно определять высоту полета на рубежах высоты эшелона перехода и высоты перехода. При снижении, достижении высоты эшелона перехода, устройство автоматически приводит показания высотомера (текущей высоты Н-5) - к атмосферному давлению аэродрома посадки и при пробеге электромеханический барометрический высотомер индицирует истинную высоту - 0 метров.
Технический результат предлагаемого полуавтоматического устройства коррекции высоты полета состоит в том, что:
- значительно снимается нагрузка с пилота и экипажа на этапах взлета и особенно при заходе на посадку,
- исключается полет по трассе выше эшелона перехода с текущей высотой Н-5, не приведенной к стандартному атмосферному давлению «Р стан.»,
- значительно уменьшается вероятность захода на посадку на заниженной высоте, столкновений с наземными препятствиями и разрушении конструкции. Т.е. достигается повышение безопасности полетов.