MĂSURAREA ÎNĂLŢIMII DE ZBOR

Lucrarea 1

1. Scopul lucrării

Prin realizarea acestei lucrări se asigura experimentarea metodei barometrice de masurarea a altitudinii de zbor precum si cunoaşterea instalaţiilor utilizate in acest scop. Totodata, se asigura formarea deprinderilor practice privind mânuirea instalaţiilor precum si explicarea erorilor care apar in procedeul de măsurare.

2. Partea teoretica a lucrării

2.1 Metode de măsurare a înălţimii in zbor

Înălţimea in zbor sau altudinea - H, se defineşte ca distanta măsurată, la verticala locului intre centrul de masa al aeronavei si punctul corespunzător de pe suprafaţa pământului. Aparatele de bord care permit măsurarea acestui parametru se numesc altimetre.

În funcţie de punctul luat ca referinţă, altitudinea aceleiaşi aeronave poate avea denumiri diferite si valori, in general, diferite (Fig1)

Figure 1 Clasificarea altitudinilor functie de suprafata de referinta

Daca punctul de referinţa este situat:-la nivelul marii (altitudinea se numeşte absoluta)- Habs-pe un anumit aerodrom ( altitudinea se numeşte relativa )- Hr, care, de obicei, se măsoară cu ajutorul metodelor inerţiale;-pe punctul de la sol, care se găseşte la veritcala aeronavei ( altitudine adevărata )-Ha. măsurata cu ajutorul radioaltimetrului;

1

-pe o anumita suprafaţa barica ( altitudinea barometrica )- Hb. care se măsoară cu ajutorul altimetrului.

Pentru determinarea altitidinii se pot folosi mai multe metode de măsurare.1. Metoda barometrica - care pune in evidenta dependenta dintre

altitudinea H si presiunea atmosferica p. printr-o relaţie de tipul p =p(H). Trebuie subliniat faptul ca aceasta dependenta se modifica funcţie de latitudine,

de anotimp, de stare vremii si de raportul zi - noapte .Altimetrele care funcţionează pe principiul variaţiei presiunii cu inaitimea se

numesc altimetre baromerice si sunt, in fond, manometre pentru presiune absoluta.2. Metoda radiotehnica - se bazează pe fenomenul de reflexie a undelor

electromagnetice. Aparatele de măsurare a altitudinii realizate pe acest principiu se numesc radioaltimetre. Tot pe principiul măsurării timpului necesar propagării radiaţiei directe si reflectate funcţionează si altimetrele optice. Acestea funcţionează pe baza unor emiţătoare cuantice de lumina (laser) si sunt aparate de studiu pentru aviaţie.

3. Metoda inerţiala - se bazează pe măsurarea componentei verticale a acceleraţiei aeronavei si integrarea ei de doua ori. Aparatul care foloseşte aceasta metoda de măsurare se numeşte altimetru inerţial.

4. Metoda ionizarii - se măsoară gradul de ionizare a atmosferei in funcţie de distanta fata de Pamant.

Dintre metodele prezentate anterior in aviaţie, cele mai utilizate sunt metoda barometrica si metoda radiotehnica.

2.2 Teoria altimetrului barometric

Pentru a determina legea altimetrului barometric se izolează din atmosfera o coloana de grosime elementara dH si sectiunea A, asupra căreia acţionează forţa de greutate elementara dG si forţa elementara datorata presiunii dp, dF (Fig.2)

Figure 2 Echilibrul asupra coloanei de aer

Echilibrul forţelor asupra coloanei dH este:

2

dG+df=0 (1)

Dar expresiile forţelor elemntare sunt:(2)

care substituite in (1) dau expresiaydH+dp=0 (3)

Tinand cont de ecuaţia gazelor perfecte: p(H)V=GRT(H) si de expresia greutăţii specifice

(unde constanta gazelor perfecte este R=29.27m/grad), rezulta:

înlocuind pe (4) in (3) si separând variabilele, se obţine dependenta presiunii atmosferice

cu altitudinea: (5)

Ca valoare iniţiala de integrare a ecuaţiei (5) se ia presiunea atmosferica normala p0

corespunzătoare lui H = 0 siT = 288.15K.De exemplu, pentru stratul i=1, corespunzător altitudinii 0.. 11000 m, variaţia lui

T(H), este: 0- 1H (6)care introdusa in (5) ne conduce la(gradientul de temperatura 1 = 6.5°/km):

(7)

Prin integrarea lui (7) intre limitele p0 si p, respectiv 0 si H, se obtine formula barometrica standard corespunzătoare lui 0-11000 m:

(8)

Rezolvând aceasta ecuaţie in raport cu H se obţine formula hipsometrica standard:

(9)

2.3. Construcţia altimetrelor barometrice

Datorita dependentei presiunii atmosferice (statice) de altitudine, problema măsurării altitudinii se reduce la măsurarea presiunii. Prin urmare, altimetrul este un manometru pentru presiunea absoluta, având forma constructiva din Fig. 3.

Carcasa aparatului este pusa in legătura cu priza de presiune statica 6. La variaţia altitudinii, presiunea variază si ea, iar capsula aneroida 8 se deformează punând in mişcare mecanismul aparatului si acul indicator. Cadranul aparatului este etalonat in km, metri sau picioare.

Interesează caracteristica statica (ecuaţia scării) a aparatului, fapt pentru care in Fig. 4 este reprezentata schema structurala a aparatului, care pune in evidenta transformarea succesiva a mărimilor intermediare din cele trei elemente componente:

w=f1(p)

3

Figure 3Schema de principiu a altimetrului barometric

1- ac indicator; 2-roata dinţata;3- sector dinţat; 4- mecanism biela-manivela;5- conducta de presiune;6- priza de presiune statica; 7- carcasa aparatului;8- capsula aneroida

Daca se considera ca deplasarea membranei w=k(p0-p), atunci măsurata va fi egala cu:

(10)

unde s-a considerat ca variaţia funcţiei p(H) este corespunzătoare stratului 1.

Figure 4 Schema structurala a altimetrului

Relaţia (10), care exprima ecuaţia scării altimetrului barometric, arata ca unghiul de rotaţie al acului indicator nu depinde liniar de altitudine. Pentru a linianza aceasta

4

caracteristica, se utilizează baterii cu capsule aneroide cu gofraj special la care relaţia w=f1(p) este neliniara.

2.4. Erorile altimetrelor

In general altimetreie barometrice sunt afectate atât de erori metodice, cat si de erori instrumentale.

Erorile metodice sunt provocate de următoarele cauze:- variaţia reliefului solului- modificarea presiunii la sol- modificarea temperaturii medii a coloanei de aer atmosferic.

Erorile instrumentale ale aparatelor sunt provocate de următoarele cauze:- histerezisul clasic;

- variaţia temperaturii;- neliniaritatea ecuaţiei scării;- frecarea in lagăre,- dezechilibrul pieselor mobile;- captarea imprecisa a presiunii statice;- existenta unei presiuni remanente in capsula.

Primele doua erori instrumentale sunt proprii oricărui manometru mecanic. Daca altimetrul este electromecanic, mai intervin erorile instrumentale datorate traductoarelor electrice si schemei electrice de măsurare adoptate.

3. Aparatura necesara executării lucrării

Se utilizează următoarele materiale:- Instalaţia de laborator pentru oresiune- Altimetrul barometric;- Surse de alimentare de aviaţie;- Cabluri de legătura

3.1. Descrierea instalaţiei de laborator

Instalaţia permite verificarea funcţionarii aparatelor de bord cu membrana si capsula. De asemenea, ea se mai utilizează pentru crearea de presiuni si depresiuni in diferite agregate de bord. Instalaţia se alimentează de ta tensiuni de aviaţie: 27V c.c 15Vca

5

.

Figure 5 Instalatia de laboratorIn componenta instalaţiei intra următoarele parti mai importante:

1 - sursa de alimentare de aviaţie 27V c.c si 115V ca.,2 - cabluri de realimentare;3 - robinet de comanda a presiunii dinamice;4 - robinet de comanda a presiunii statice;5 - robinet diferenţial;6 - conducte de presiune;7 - altimetrul barometric;8 - instalaţia de măsura,9 - indicator de citire a presiunii (0/200 mmHg);10 - indicator de citire a presiunii (>200 mmHg);11 - conducte de presiune;12 -pompade presiune sau vid13 - cabluri de alimentare

3.2. Modul de lucru

• inainte de începerea lucrului se cuplează conductele de presiune intre instalaţia de măsura si altimetrul barometric, respectiv pompa de presiune;

• se cuplează cablurile de alimentare de tensiune, fiind atenţi la tipul ei;• se înşurubează robinetele de presiune;• se alimentează cu tensiune din 1, instalaţia de măsura 8 si pompa de

presiune 12;• se aplica presiune asupra altimetrului prin acţionarea robinetilor 4 si 5;• se creste presiunea pe indicatoarele 9, 10 (de fapt valoarea citita se scade

din 760 mmHg);• se creste altitudinea corespunzătoare pe altimetrul barometric 7.

3.3 Probleme de studiat

6

Pe timpul lucrării se vor executa determinările:-ridicarea caracteristicilor H=f(p) atât la urcare cat si la coborâre;-verificare experimentala a ecuaţiilor de etalonare 9 si determinarea eroriloi relative;-de ce caracteristica de urcare nu corespunde cu cea de coborâre?

7

4. Date experimentale si rezultate

4.1. La urcare

Hmasurat Pmasurat Padevarat Pteoretic Hteoretic [m] [mm Hg] [mm Hg] [mm Hg] [m] [%]0

200400600800100014001800220026003000

4.2. La coborare

Hmasurat Pmasurat Padevarat Pteoretic Hteoretic [m] [mm Hg] [mm Hg] [mm Hg] [m] [%]0

200400600800100014001800220026003000

8

5. Concluzii:

Caracteristica de urcare nu coincide cu cea de coborare din cauza erorilor de masurare:

- nealinierea axei vizuale cu acul indicator

- aparatura decalibrat,

- eroarea de histerezis elastic a capsulei aneroida,

- curba de variatie reala a temperaturii nu este liniara, rezultand o alura curbilinie a graficului dependentei presiunii functie de inaltime

9