Ошибки указателя воздушной скорости.

Указатель воздушной скорости, как и любой прибор, имеет ошибки (погрешности).

Инструментальные ошибки (погрешности) ΔVи возникают из-за несовершенства конструкции прибора и неточности его регулировки. Причинами инструментальных ошибок являются неточность изготовления механизмов указателя, износ деталей, потеря упругих свойств анероидной коробки, люфты и т. д. Они определяются при лабораторной проверке путем сличения показаний указателя скорости с показаниями точно выверенного прибора, заносятся в график или таблицу и учитываются при расчете скорости. Каждый экземпляр прибора имеет свои значения инструментальных погрешностей.

Аэродинамические ошибки (погрешности) ΔVa возникают из-за искажения воздушного потока в месте установки приемника воздушного давления. Характер и величина этих погрешностей зависят от типа воздушного судна, места установки приемника воздушного давления, скорости и высоты полета, конфигурации ВС. На скоростных самолетах они могут достигать нескольких десятков километров в час.

Аэродинамические погрешности одинаковы для всех ВС данного типа. Они определяются при проведении летных испытаний, публикуются в руководстве по летной эксплуатации ВС и заносятся в специальный график или таблицу поправок. На некоторых типах воздушных судов для упрощения учета поправок указателя скорости составляются таблицы суммарных поправок ΔVΣ, учитывающие как инструментальные, так и аэродинамические погрешности.

Методические ошибки (погрешности).

В общем случае указатель скорости имеет два вида методических погрешностей, то есть погрешностей, вызванных самим методом измерения, несоответствием условий, принятых при расчете шкал приборов, фактическому состоянию атмосферы. Это погрешность за счет изменения сжимаемости воздуха и методическая погрешность из-за изменения плотности воздуха.

Методическая погрешность из-за изменения плотности воздуха возникает в результате несоответствия условий, принятых при расчете шкал приборов, фактическому состоянию атмосферы. Градуировка однострелочного указателя выполнена для плотности воздуха ρ0 =1,225 кг/м3, соответствующей условиям на уровне моря в стандартной атмосфере (P0 =760 мм рт.ст., T0 =288 K). Поэтому методическая погрешность возникает при любом отклонении от этих условий – не только по температуре, но и по давлению. Она наиболее велика на больших высотах полета, когда фактическое давление в несколько раз меньше P0. Но и на уровне моря температура редко бывает равна стандартной +15°С (288 К), что также вызывает погрешность.

Погрешность из-за изменения сжимаемости вызвана тем, что при полете на скоростях более 350…400 км/ч воздух перед ПВД сжимается, и его плотность увеличивается. Это вызывает увеличение скоростного напора и, следовательно, завышение показаний указателя скорости. Эти погрешности не могут быть учтены заранее при тарировке шкалы однострелочного указателя скорости, так как сжимаемость воздуха зависит не только от скорости полета, но и от плотности воздуха. Поправка на изменение сжимаемости всегда отрицательна. Однострелочные указатели рассчитаны на небольшие скорости и высоты полета, на которых данная погрешность не превышает единиц километров в час, то есть меньше цены деления на шкале указателя, поэтому для однострелочных указателей погрешность из-за изменения сжимаемости несущественна и на практике не учитывается.

Классификация скоростей.

Таким образом, в полете пилот может отсчитать показания широкой стрелки Vпр и путем ввода поправок, каждая из которых соответствует погрешности определенного вида, рассчитать истинную скорость Vи, необходимую для решения навигационных задач. В процессе этого расчета по мере последовательного прибавления поправок будут образовываться «промежуточные» между Vпр и Vи скорости, почти каждая из них имеет свое название, в том числе международное на английском языке. Рассмотрим их подробнее.

Непосредственно на шкале прибора пилот отсчитывает приборную скорость Vпр, которая по-английски называется Indicated Air Speed (IAS). Если на ВС установлено несколько указателей, то на каждом из них будет свое значение приборной скорости, поскольку инструментальные погрешности индивидуальны для каждого экземпляра прибора.

После ввода в IAS инструментальной и аэродинамической поправок полученная скорость будет называться индикаторной земной скоростью Vинд.зем или Calibrated Air Speed (CAS). В некоторых странах эта же скорость называется Rectified Air Speed (RAS), что дословно означает «исправленная воздушная скорость». Если в показания всех указателей скорости на борту внести инструментальные и аэродинамические поправки, то получится одинаковое значение CAS.

Именно CAS является скоростью, непосредственно связанной со скоростным напором, от нее зависят действующие на ВС аэродинамические силы. Поэтому, как правило, именно в виде индикаторной земной скорости в РЛЭ указаны все ограничения по скоростям. Слово «земная» в ее названии напоминает, что она определена в предположении, что плотность воздуха соответствует плотности у земли (на уровне моря в стандартной атмосфере).

Если в индикаторную скорость внести поправку на изменение сжимаемости, то получится индикаторная скорость Vинд или Equivalent Air Speed (EAS). В этой скорости учтено, что сжимаемость воздуха на высоте уже другая, отличается от сжимаемости у земли.

И, наконец, если в индикаторную скорость внести методическую поправку на изменение плотности воздуха, то и получится истинная воздушная скорость Vи или True Air Speed (TAS).

Последовательность перечисленных скоростей и связывающих их поправок можно представить схемой (рис. 2).

Эта схема дает возможность переходить от одного вида скорости к другому на основе уже известного правила учета поправок в навигации. В левой части схемы скорости «более приборные», а в правой – «более истинные», поэтому при переходе слева направо соответствующие поправки прибавляются, разумеется, с учетом их собственного знака, а при переходе справа налево – вычитаются.

Рис. 2. Мнемоническая схема для преобразования скоростей

Расчет скорости.

Истинная воздушная скорость по показанию однострелочного указателя скорости рассчитывается по формуле:

V _и= V _пр + (±Δ V_и) + (±Δ V_а) + (±Δ V _м)

где V _пр — приборная воздушная скорость; Δ Vи — инструмен­тальная поправка указателя воздушной скорости; Δ Vа — аэродинамическая поправка указателя воздушной скорости; ΔV_М — методическая поправка указателя воздушной скорости на из­менение плотности воздуха.

При расчете истинной скорости поправка на изменение плотности воздуха ΔVм учитывается в последнюю очередь. После внесения в приборную скорость инструментальной, аэродинамической поправок и поправки на изменение сжимаемости будет получена индикаторная скорость Vинд. В некоторых отечественных учебниках ее называют приборной исправленной скоростью Vпр.испр.

Рассмотренная формула применяется для расчета истинной скорости при полете на ВС со скоростями до 350 км/ч.

Пример.

Н _760пр=3000 м; t_H = — 10°; V _пр = 300 км/ч; Δ Vи = + 5 км/ч. Δ Vа = + 5 км/ч. Оп­ределить истинную воздушную скорость.

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

V _{пр.испр} = V _пр + (±Δ Vи) + (±Δ Vа) = 300 + (+ 5) + (+ 5) =310 км/ч.

2. Учитываем с помощью НЛ-10М (рис. 3) методическую поправку указателя воздушной скорости на из­менение плотности воздуха и нахо­дим истинную скорость: для это­го температуру воздуха на высоте полета, взятую па шкале 11, необходимо под­вести против высоты полета по шкале 12. Затем против приборной воздушной скорости, взятой по шкале 15, прочитать по шкале 14 истинную скорость: V _и = 360 км/ч.

11 ____t_н____________V_и-?_______ 14

12 ____Н_760пр________V_{пр.испр} ↑___ 15

Рис.3 Расчет истинной воздушной скорости.

Иногда требуется решить задачу, обратную тем, которые были рассмотрены. Допустим, требуется прибыть в некоторый пункт в строго в назначенное время. Пилот может, зная текущее удаление до этого пункта, рассчитать требуемую путевую скорость, а по ней путем решения навигационного треугольника скоростей, определить такую истинную скорость, при которой с учетом ветра путевая скорость будет равна требуемой. Но пилот в полете, как правило, выдерживает приборную скорость, поэтому и необходимо определить такое значение приборной скорости (показания широкой стрелки), при которой истинная скорость будет равна требуемой.

Приборная воздуш­ная скорость рассчитывается по формуле:

V _пр= V _и - (±Δ V_м) - (±Δ V_а) - (±Δ V _и)

Пример.

Н _760пр=1500 м; t _н = + 10°; V _н = 320 км/ч; Δ Vа = — 5 км/ч. Δ Vи = — 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: V _{пр испр} = 295 км/ч.

2. Учитываем аэродинамическую инструментальную поправки и определяем V _пр.

V _пр= V _{пр испр} — (± Δ Vа) — (± Δ Vи) = 295 — (—5) — (—5) = 305 км/ч.

11 _____t_н____________V_и_________ 14

12 ____Н_760пр________V_{пр.испр}-? ↓___ 15

Рис.4 Расчет приборной воздушной скорости.

Инструментальные и аэродинамические поправки учитываются с помощью бортовых таблиц, составленных для каждого экземпляра указателя скорости.

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. 1).

Таблица 1

Методические поправки указателя скорости

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, учитываются при расчете скорости в уме по общим правилам.

Пример. Н _760пр = 3000 м; V _пр=300 км/ч. Определить истинную воздушную скорость расчетом в уме.

Решение. 1. Находим величину методической поправки указателя скоро­сти: для высоты 3000 м поправка равна 15% от приборной скорости, что сос­тавляет 45 км/ч.

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

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Черный М.А. Кораблин В.И.«Воздушная навигация» Москва. Транспорт. 1983 г.

2. «Аэронавигация». Ю.Н. Сарайский, И.И. Алешков. Часть I. Основы навигации и применение геотехнических средств: Учебное пособие. 2-е изд., Университет ГА. Санкт-Петербург, 2013.

Конспект составил:

Штурман авиационной эскадрильи

Омского ЛТК ГА В.В. Рябченко