Przyrządy pokładowe.

Wysokościomierz barometryczny

Wariometr

Prędkościomierz

Przyrządy żyroskopowe

Busole magnetyczne.

Machomierz.

Zegar.


Wysokościomierz barometryczny.

Wysokościomierz barometryczny jest trzecim najstarszym po busoli i zegarze przyrządem nawigacyjnym.

Wysokościomierz działa na zasadzie pomiaru ciśnienia atmosferycznego, zmniejszającego się ze wzrostem wysokości. Pokrętło w lewym dolnym rogu służy do ustawiania ciśnienia w hektopaskalach (okienko między 2 i 3), względem którego będzie mierzona wysokość. Wskazówka mała wskazuje tysiące stóp, duża - setki (najmniejsza działka = 20 stóp).
Niektóre wysokościomierze mają jeszcze nastawialną wskazówkę indeksu, którego przekroczenie sygnalizuje ukazanie się żółto kreskowanej tarczy.

Do wysokościomierza jest doprowadzine ciśnienie statyczne z rurki spiętrzeniowej Pitota albo z rezerwowego punktu poboru ciśnienia. Punktem takim jest niewielki otworek w pokryciu kadłuba, umieszczony w starannie wybranym miejscu. Często znajduje się on pod bocznym oknem kokpitu, na starannie wypolerowanym kawałku poszycia, z czerwonym napisem "DO NOT PAINT".

Z tym ustawianym na wysokościomierzu ciśnieniem, czyli wysokość nad czym on pokazuje, to nie jest taka prosta sprawa. Otóż nastawiać wysokościomierz można na trzy różne wartości ciśnienia atmosferycznego:

  • Ciśnienie lotniska startu, oznaczane QFE. Wysokościomierz wskazuje wtedy wysokość względną.
  • Ciśnienie na poziomie morza (QNH), dające wysokość bezwzględną.
  • Standardowe ciśnienie na uśrednionym poziomie morza (QNE), czyli 1013.2 hPa (760 mm albo 29.92 cala słupka rtęci).

    Ciśnieniem QFE posługuje się wszystko co sobie fruwa swobodnie wokół swoich lotnisk z widocznością Ziemi. Taka "prawdziwa" wysokość lotu nazywa się w lotniczej frazeologii angielskiej height.
    Ciśnienie QNH jest ciśnieniem na poziomie morza zmierzonym na lądzie, co oznacza że jest ono podawane w odniesieniu do ciśnienia atmosferycznego w punkcie pomiaru. W praktyce oznacza to że QNH jest to QFE poprawione o elewację tegoż punktu; na przykład w Warszwie do QFE dodać 13 hektopaskali. Wysokość zmierzoną według ciśnienia QNH podaje się jako altitude.

    Przy ustawieniu wysokościomierza na QNE wysokość podaje się jako poziom lotu - flight level, oznaczany FL. Poziomy lotu są ustalane co 1000 stóp.
    Poziom lotu definiuje się jako powierzchnię o stałym ciśnieniu, zatem np. FL 280 (28000 stóp - tradycyjnie podaje się poziom w setkach stóp, czyli hektostopach) jest tym samym poziomem dla wszystkich samolotów, niezależnie od miejsca startu. Zatem samolot z Warszawy do Tokio, lecący na FL 330 według QNE ustawionego w Warszawie, i samolot z Pekinu do Gdańska, lecący na FL 320 według QNE ustawionego w Pekinie, bezpiecznie miną się w drodze, rozdzielone 1000-stopową warstwą powietrza.
    Dlatego ciśnienie QNE, czyli 1013,2 hPa, potocznie nazywa się standard.

    Tutaj nasuwa się kwestia, zwykle wywołująca lekką konfuzję u amatorów lotnictwa: jak dopasować do siebie te różne wskazania wysokości? Otóż to zależy jak i gdzie sie lata.
    Przy lotach wykonywanych w rejonie małych lotnisk sportowych, najczęściej z widocznością ziemi, stosuje się ustawienie ciśnienia QFE, czyli pomiar wysokości lotu względem lotniska startu. Taki "naturalny" pomiar jest dobry na własnym podwórku, ale przy dalszych lotach wysokość np. przeszkód trzeba przeliczać, ponieważ na mapach są one podawane względem poziomu morza. Jeżeli lądowanie wypadnie na innym lotnisku i przy gorszej widoczności, trzeba pamiętać o różnicy elewacji lotnisk. Jeżeli prowadzą tam pomiary ciśnienia atmosferycznego, można przez radio spytać o lokalne QFE.
    Z wartości ciśnienia QNH korzysta się w przypadku korzystania z lotnisk komunikacyjnych i ich rejonów kontrolowanych. Tu wszyscy użytkownicy przestrzeni, startujący i wlatujący w rejon, są poinformowani o aktualnym ciśnieniu odniesienia. Co prawda, powierzchnia ziemi nie wypada na zerze wysokościomierza, ale za to jest dokładnie na wysokości, podanej na mapie - takiej samej dla wszystkich.

    Typowy lot, wykonywany przy korzystaniu z dróg lotniczych, odbywa się według nastaw wysokościomierza na QNH i standard.
    Na lotnisku startu ustawia się wysokościomierz na ciśnienie QNH (uwaga: są wyjątki). Po osiągnięciu ustalonej wysokości przejściowej (transition altitude, jeżeli lata się na QFE - transition height), wyznaczonej powyżej możliwych przeszkód (u nas 1500 m), wysokościomierz przestawia sie na ciśnienie standard. Od tej chwili podaje się poziomy lotu.

    Przy schodzeniu do lądowania wysokościomierz przestawia się z powrotem na lokalne QNH, ale dokonuje się tego w momencie osiągnięcia poziomu przejściowego (transition level), ustalonego tak, by wypadał powyżej wysokości przejściowej.
    Kiedy ciśnienie atmosferyczne spadnie na tyle, że poziom przejściowy zbliży sie do wysokości przejściowej, za poziom przejściowy przyjmuje się następny. W ten sposób samoloty lecące według QNH są zawsze odseparowane warstwą przejściową od tych lecących według ciśnienia standard.

    Takie informacje jak ciśnienie QNH i poziom przejściowy są podawane przez służbę kontroli lotniska razem z informacją o warunkach meteorologicznych na lotnisku. Przez radio są stale podawane komunikaty ATIS (dotyczące danego lotniska) i VOLMET (dla pobliskich lotnisk w kraju i krajach ościennych). Można ich posuchać przez telefon: ATIS Warszawa - Okęcie (0-22) 650 21 11, VOLMET (0-22) 650 21 12. Cierpliwy automat ględzi przez całą dobę. Natomiast informacje o najniższym dozwolonym poziomie lotu w obrębie dróg lotniczych i rozmaitych stref są umieszczone na mapach lotniczych.
    W obrębie dróg lotniczych obowiązuje tzw. połówkowy podział poziomów lotu. Samolotom lecącym z kursami od 360 do179 stopni kontrola ruchu lotniczego przydziela poziomy nieparzyste, a od 180 do 359 stopni - parzyste. Nie jest to reguła ważna na całym świecie - aż roi się od wyjątków.

    Od 24 stycznia 2002 w europejskiej przestrzeni powietrznej pomiędzy FL 290 i FL 410 obowiązuje zredukowane minimum separacji pionowej RVSM (Reduced Vertical Separation Minima). Według nowych zasad będą używane wszystkie poziomy do FL410.
    Poza przestrzenią RVSM (Reduced Vertical Separation Minima) do poziomu 290 (29000 stóp) używane są wszystkie poziomy, a powyżej co drugi (tzn. co 2000 stóp).

    Wracając do spraw ściśle technicznych, w praktyce spotyka się różne konstrukcje wysokościomierzy. Od początku lat siedemdziesiątych w większych samolotach pasażerskich instalowano wysokościomierze serwopneumatyczne, w których cisnienie statyczne jest doprowadzone do przelicznika danych aerodynamicznych (Central Air Data Computer - CADC). Zadaniem CADC jest kompensacja błędów pomiaru, wynikających ze zmiennej ściśliwości powietrza, opływu kadłuba itp. W przypadku awarii CADC wysokościomierz pracował bez korekcji, w tzw. trybie bezpośrednim.
    W późniejszych konstrukcjach stosowano przeliczniki danych aerodynamicznych, wysterowujące elektryczne wskaźniki wysokości, umieszczone w kokpicie. Podobnie jest rozwiązane wysyłanie informacji o wysokości do FMS. Dodatkowo montuje się rezerwowy przyrząd o tradycyjnej konstrukcji.

    Oddzielnym typem wysokościomierzy wysokościomierze kodujące (tzw. enkodery), przekazujące informację o poziomie lotu do transpondera radaru wtórnego. Ich konstrukcja i zasada działania jest taka sama, jak zwykłych wysokościomierzy, z tym, że mają wewnątrz tarczę kodową, obracającą się wraz z małą wskazówką. Czytnik optyczny odczytuje z tarczy wysokość w postaci kombinacji przezroczystych i nieprzezroczystych pól. Kod wysokości jest wysyłany do transpondera w postaci sygnałów elektrycznych. Jako że enkoder jest ustawiony stale na ciśnienie standardowe QNE, często spotyka się enkodery bez skali i wskazówek, umieszczane gdzieś głęboko w trzewiach samolotu.

    Tak przy okazji przypomniała mi się ciekawostka. Wysokościomierz (a szczególnie puszka aneroidowa) musi być czuły, a jednocześnie odporny na wibracje i wstrząsy, które w samolotach z napędem tłokowym są rzeczą normalną. Zatem czułe elementy wysokościomierza wykonuje się grubsze, niż by wypadało - wibracja od silników spowoduje, że wskazania będą dokładne. Stąd u szybowników nawyk stukania palcem w szybkę wysokościomierza. Na dużych samolotach turbinowych, gdzie wibracji w kokpicie praktycznie nie ma, wysokościomierze mają zamontowany wibrator, zasilany z pokładowej sieci napięcia zmiennego.



    Wariometr

    Wariometr służy do pomiaru prędkości pionowej statku powietrznego. Na szybowcach jest podstawowym przyrządem pilotażowym - według wariometru określa się położenie, rozmiar i siłę termicznych prądów wznoszących. Skala wariometru jest wyskalowana w dziesiątkach metrów na sekundę; w górę od położenia neutralnego jest wskazywana prędkość wznoszenia, w dół - opadania.

    Pod względem konstrukcji wariometr jest bliskim krewnym wysokościomierza. Puszka aneroidowa wariometru nie jest szczelna - zmiana ciśnienia statycznego wyrównuje się powoli przez rurkę włosowatą. Gdy doprowadzone ciśnienie statyczne przestanie się zmieniać, ciśnienie w puszce i na zewnątrz wyrówna się i wskazówka wróci do położenia neutralnego.

    Przy szybkich zmianach prędkości pionowej czas ustabilizowania wskazań może dochodzić do 10 sekund, więc w samolotach akrobacyjnych montuje się wariometry natychmiastowe w których specjalny mechanizm niweluje opóźnienie wskazań wariometru. Oprócz wariometrów membranowych (z puszką aneroidową) spotyka się dokładne wariometry skrzydełkowe i przepływowe.
    Czasem w szybowcach spotyka się wariometry energii całkowitej, które wskazują tylko prędkość pionową otaczającego powietrza, co jest pomocne do oceny wznoszeń w kominach termicznych. Wariometry energii całkowitej pobierają ciśnienie statyczne z tzw. zwężki Venturiego.


    Prędkościomierz

    Prędkościomierz ma w pilotażu znaczenie zasadnicze, zważywszy że samolot leci dzięki prędkości względem powietrza. Powodzenie wielu manewrów, szczególnie w krytycznych fazach lotu (start i lądowanie) zależy od precyzyjnego utrzymania prędkości.
    Prędkościomierz lotniczy mierzy ciśnienie dynamiczne strug powietrza napierajcych na samolot w ruchu. Skaluje się go w km/h albo w węzłach, czyli milach morskich na godzinę. Twierdzenie jakoby prędkościomierz samolotu An-2 był skalowany w kilometrach na kwartał jest wrogą propagandą.

    Konstrukcyjnie jest właściwie manometrem różnicowym, mierzącym różnicę między ciśnieniem dynamicznym z rurki Pitota a ciśnieniem statycznym. Elementem pomiarowym jest pospolita puszka membranowa.
    Typowe prędkościomierze lotnicze mają jeszcze układ kompensujący wpływ temperatury i tarcia mechanizmów (na rysunku nieobecny).

    W typowej rurce Pitota otwór odbioru ciśnienia całkowitego jest na przednim końcu. Otwory do pomiaru ciśnienia statycznego są rozmieszczone na wypolerowanych powierzchniach bocznych. Otworów tych jest zawsze kilka, rozmieszczonych równomiernie na obwodzie, w celu uśrednienia ciśnienia w przypadku gdy oś rurki nie jest równoległa z kierunkiem przepływu powietrza.
    Rurka ma zwykle układ elektrycznego ogrzewania dla ochrony przed oblodzeniem.

    Taki zwykły prędkościomierz wskazuje tzw. prędkość przyrządową albo wskazywaną (IAS - Indicated Airspeed), która nie uwzględnia zmiany gęstości powietrza z wysokością lotu (im mniejsze ciśnienie atmosferyczne, tym powietrze bardziej "oszukane"). Przy zwiększaniu wysokości lotu IAS będzie spadać, przy schodzeniu - wzrastać.
    Prędkość lotu poprawiona o wartość wynikającą ze zmiany gęstości powietrza nazywa się rzeczywistą (TAS - True Airspeed).
    Prędkościomierze z kompensacją ciśnieniową mają dwie wskazówki: IAS i TAS. jeżeli samolot nie ma prędkościomierza TAS, trzeba liczyć na piechotę: poprawka wynosi około 2% wartości wskazywanej na każde 300 m (1000 stóp) wysokości.

    Do określania TAS Można zastosować uproszczony przelicznik:

    Wysokość: Współczynnik: TAS:
    5000 ft (1524 m) 32 = 9 IAS + 9%
    10000 ft (3048 m) 42 = 16 IAS + 16%
    15000 ft (4572 m) 52 = 25 IAS + 25%
    20000 ft (6096 m) 62 = 36 IAS + 36%
    25000 ft (7620 m) 72 = 49 IAS + 49%
    30000 ft (9144 m) 82 = 64 IAS + 64%

    Na przykład IAS = 200 węzłów, wysokość 15000 stóp.
    TAS = 200 + 25% = 250 węzłów.

    Czasem ludziska pytają, po co te kombinacje, czemu nie mierzyć prędkości po ludzku, względem Ziemi. A owszem, jest prędkość podróżna (GS czyli ground speed) którą czasem wylicza się dla określenia np. czasu przylotu nad jakiś punkt. Tylko jedna drobnostka. Otóż lecieliśmy sobie ze znajomym pilotem na Wildze-35. Prędkość słuszna, samolot siedzi w powietrzu jak w imadle, tyle że pod silny wiatr. A w dole pociąg "elepstryczny" do Siedlec wyraźnie zabiera się do wyprzedzania nas. I pewnie jak zwykle opóźniony, cholera.

    Prędkościomierze zabudowane na konkretnym typie samolotu mają wokół skali zaznaczone cztery kolorowe sektory:

  • Biały - zakres używania klap.
  • Zielony - zakres normalnych prędkości użytkowych.
  • Żółty - zakres prędkości dopuszczalnych.
  • Czerwony - nieprzekraczalna granica prędkości.

    Tak w ogóle, to lista "świętych" dla danego typu samolotu prędkości, które pilot powinien znać na pamięć, jest dosyć długa.




    Jacek Tomczak - Janowski.
    24-Jan-1999
    Akt. 17-11-2003