Рис. 80. Определение вывода самолета из разворота на северных и южных курсах с учетом центробежных сил, действующих на картушку компаса
При прямолинейном горизонтальном полете пользование магнитным компасом сопряжено с рядом трудностей, так как самолет совершает непрерывные колебания вокруг своих осей. Колебания самолета вызывают дополнительные погрешности компаса, которые выражаются в незатухающих колебаниях, а иногда и уводе магнитной системы в сторону от компасного меридиана. При неблагоприятных атмосферных условиях - болтанке - колебания самолета могут достигнуть 10–15° и более, что затрудняет его пилотирование. В таких случаях избирают какой-либо отдельный ориентир и ведут самолет на этот ориентир. Изредка смотрят на компас и проверяют правильность курса.
Выдерживание летчиком курса, направленного на удаленный ориентир, удерживает самолет на среднем курсе, равном заданному курсу следования на маршруте. В случае невозможности вести самолет на маршруте по удаленным ориентирам из-за ограниченной видимости его ведут по компасу в сочетании с показаниями указателя поворота и скольжения. Этот способ выдерживания курса также обеспечивает точность, и она тем выше, чем лучше летчик освоил практические навыки пилотирования самолета по приборам.
Глава 4
ВЫСОТА ПОЛЕТА И ВЫСОТОМЕР
§ 28. ДАВЛЕНИЕ АТМОСФЕРЫ
Атмосферный воздух всем своим весом оказывает давление на землю. Атмосферное давление можно измерять простейшим прибором - стеклянной трубкой, наполненной ртутью. Эта трубка представляет собой V-образную форму с запаянным сверху длинным коленом и открытым коротким коленом (рис. 81). Внутри запаянного колена нет воздуха (Торичеллиева пустота).
Рис. 81.Измерение величины атмосферного давления высотой ртутного столба
На рис. 81 показано, что тяжелая ртуть не выливается из трубки. Какая-то сила давит на ртуть в открытом колене трубки и удерживает высокий столб ртути. Эта сила называется атмосферным давлением. Чем больше атмосферное давление, тем выше поднимается ртуть в трубке, и наоборот, с уменьшением атмосферного давления уровень ртути в высоком колене будет понижаться.
За меру атмосферного давления принимают высоту столба ртути в миллиметрах. Нормальным атмосферным давлением условно принято считать давление в 760 мм рт. ст. Давление воздуха, уравновешиваемое столбом ртути в 760 мм при температуре +15 °C и плотности воздуха, равной 1,225 кг/м, будет составлять 1033 г/см. Это давление называется еще давлением в 1 физическую атмосферу нормального дня (стандартной атмосферой).
§ 29. ИЗМЕНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПО ВЫСОТАМ
По мере увеличения высоты давление и плотность атмосферы уменьшаются. Давление с высотой понижается неравномерно. На высотах до 4000 м подъем на каждые 100 м высоты соответствует уменьшению давления на 7–9 мм рт. ст. В практике принято считать, что при изменении высоты на каждые 100 м давление изменяется на 10 мм рт. ст. У земли давление атмосферы приблизительно равно 760 мм рт. ст., на высоте 11 км, у нижней границы стратосферы, оно будет около 170 мм рт. ст. На высоте 3000 м давление атмосферы равно 526 мм рт. ст. (рис. 82). Давление атмосферы зависит не только от высоты, но и от температуры воздуха. В холодном воздухе убывание давления с высотой будет проходить быстрее, чем в теплом.
Рис. 82.Вертикальный разрез атмосферы до высоты 60 км
§ 30. ТЕМПЕРАТУРА И ПЛОТНОСТЬ АТМОСФЕРЫ
Температура является очень важной характеристикой атмосферы. От температуры в значительной степени зависит плотность воздуха. По давлению и температуре воздуха в данном месте можно всегда определить и плотность.
С увеличением температуры воздух расширяется, становится более легким и поднимается вверх, плотность его уменьшается; при понижении температуры плотность воздуха увеличивается. Температура в атмосфере распределяется неравномерно из-за того, что земля неравномерно нагревается солнцем. Воздух, находящийся над более нагретыми участками земли, окажется более нагретым и более легким.
Температура в атмосфере не одинакова, претерпевает часто быстрые изменения, поэтому атмосфера находится всегда в движении.
Существует определенная закономерность понижения температуры воздуха с высотой. В теплое время года летом в насыщенном воздухе содержится больше пара, чем зимой. При охлаждении пара происходит более обильная конденсация и выделяется большое количество тепла. В результате поднимающийся воздух охлаждается не так сильно, как зимой. По этой причине в теплое время года вертикальный температурный градиент равен 0,6° на 100 м, а в холодное время - около 0,4° на 100 м. Эти цифры обычно и берутся для приближенных расчетов при определении температуры на высотах. На высоте около 11 км падение температуры прекращается и она (зимой и летом) равна 55–60 °C ниже нуля.
Плотность атмосферы является очень важным фактором для полета самолета. От нее зависят скорость самолета и мощность двигателя.
Плотность атмосферы зависит от давления и от температуры. При сохранении давления постоянным плотность атмосферы все же будет изменяться, если изменяется температура атмосферы.
При полетах на большие расстояния определяют режим полета по плотности атмосферы, а также наивыгоднейшую высоту полета по специальным графикам.
§ 31. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫСОТ
Для правильного пилотирования и для решения ряда задач самолетовождения необходимо знать высоту полета самолета. Так, например, чтобы избежать при полете возможного столкновения с различными естественными и искусственными препятствиями на земной поверхности или правильно произвести посадку самолета на аэродром, нужно в каждый данный момент знать высоту полета и высоту препятствий в районе полета.
Из сказанного следует, что самолет должен быть оборудован прибором, с помощью которого можно в любое время определить расстояние между самолетом и земной поверхностью по вертикали, т. е. высоту полета.
В зависимости от точки, относительно которой производится измерение, различают:
- абсолютную высоту - высоту относительно уровня моря; эта высота не зависит от рельефа местности, над которой пролетает самолет;
- относительную высоту - высоту относительно аэродрома взлета;
- истинную высоту - высоту над пролетаемой местностью; эта высота зависит от рельефа местности, над которой совершают полет (рис. 83).
Основным средством определения высоты полета является барометрический высотомер, основанный на измерении атмосферного давления, которое, как известно, не остается постоянным, а убывает по определенному закону.
Рис. 83.Абсолютная, истинная и относительная высоты полета
§ 32. ПРИНЦИП РАБОТЫ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО ВЫСОТОМЕРА
Барометрические высотомеры построены на принципе измерения статического давления (давление воздуха, окружающего самолет). Метод барометрического измерения высоты основан на законе падения давления воздуха с увеличением высоты.
Чувствительным упругим элементом высотомера, реагирующим на изменения статического давления воздуха, являются металлические мембраны - анероидные коробки (рис. 84). Они представляют собой герметичное соединение обычно двух мембран в коробке.
Рис. 84.Гофрированная мембрана
Для уменьшения влияния изменения температуры на точность работы упругого элемента из внутренней полости коробки воздух откачан.
Остаточное давление воздуха в коробках обычно доводится до 0,1–0,3 мм рт. ст., что вполне обеспечивает необходимую точность работы высотомера.
Чувствительным упругим элементом высотомера, реагирующим на изменения статического давления воздуха, является батарея из двух анероидных коробок, соединенных последователь- но (рис. 85).
Рис. 85. Батарея из двух анероидных коробок
На анероидную коробку действуют две силы: сила атмосферного давления, стремящаяся сжать коробку, и сила упругости мембраны коробки, препятствующая этому сжатию (рис. 86).