Variometri - Variometer

On ilmailun , joka on variometer - tunnetaan myös nousu- ja laskeutuminen ilmaisin ( RCDI ), nopeus-of-kiivetä indikaattorin , pystynopeusmittari ( VSI ), tai pystysuora nopeus ilmaisin ( VVI ) - on yksi lennon välineitä käytettäessä lentokoneita käytetään kertomaan lentäjä on määrä laskeutumisen . Se voidaan kalibroida metreinä sekunnissa , jalkoina minuutissa (1 ft / min = 0,00508 m / s) tai solmuina (1 kn ≈ 0,514 m / s) maan ja lentokonetyypin mukaan. Se on tyypillisesti kytketty lentokoneen ulkoiseen staattiseen paineeseen .

In moottorilennosta , ohjaaja tekee usein käyttää VSI varmistaa, että taso lento on säilyttää varsinkin aikana kääntämällä liikkeitä. Vuonna luisto , instrumenttia käytetään lähes yhtäjaksoisesti normaalina lennon, usein kuultavan lähdön, ilmoittaa lentäjä nousee tai uppoamisen ilmaa . On tavallista, että purjelentokoneet on varustettu useammalla kuin yhdellä variaattorityypillä. Yksinkertaisempi tyyppi ei tarvitse ulkoista virtalähdettä, ja siksi sen voidaan luottaa toimivan riippumatta siitä, onko akku tai virtalähde asennettu. Sähköinen tyyppi, jossa on ääni, tarvitsee virtalähteen toimiakseen lennon aikana. Laitteella ei ole juurikaan kiinnostusta laukaisun ja laskeutumisen aikana, lukuun ottamatta lentotornia , jossa ohjaaja yleensä haluaa välttää päästämistä uppoamaan.

Robinson R22: n pystysuora nopeuden osoitin . Tämä on yleisin tyyppi, joita käytetään ilma-aluksen , joka esittää pystysuuntaisen nopeus jalkaa minuutissa (ft / min).

Kalvovariometrin toiminta

Historia

Vuonna 1930 mukaan Ann Welch , Kronfeld ... oli yksi ensimmäisistä käyttää variometer, laite ehdotti Alexander Lippisch ." Welch todetaan lisäksi, että 'ensimmäinen todellinen lämpö huiman' tapahtui 1930 A. Haller ja Wolf Hirth , jossa Hirth käyttää variaattoria Musterlessä . Frank Irving toteaa, että Arthur Kantrowitz mainitsi ensimmäisen kerran kokonaisenergiansa vuonna 1940. Kuitenkin jo vuonna 1901 Wilbur Wright kirjoitti termeistä, "kun liukuoperaattorit ovat saavuttaneet enemmän taitoja, he voivat , vertailevalla turvallisuudella, pitävät itseään ilmassa tuntikausia kerrallaan tällä tavoin ja siten jatkuvalla harjoittelulla lisäävät tietämystään ja taitojaan niin, että he voivat nousta korkeammalle ilmalle ja etsiä virtauksia, jotka mahdollistavat nousevien lintujen kuljettamisen itsensä mihin tahansa haluttuun pisteeseen nousemalla ensin ympyrässä ja sitten purjehtimalla alas laskevassa kulmassa. "

Kuvaus

Kaaviokuva klassisen ilma-aluksen pystysuoran nopeuden osoittimen sisäosista

Mukaan Paul MacCready , "variometer on olennaisesti painekorkeusmittarin vuodon mikä tekee sen lukea korkeudessa hetki aikaisemmin. Se koostuu säiliöstä päästetään ulkoilmaan siten, että sisällä oleva paine pulloon viipeellä hiukan ulkoisen staattisen paineen takana. Nousunopeuden tulee astian ilmavirran tai ulosvirtauksen nopeudesta. "

Variometrit mittaavat korkeuden muutosnopeuden havaitsemalla ilmanpaineen (staattisen paineen) muutoksen korkeuden muuttuessa. Yleisimpiä varometrityyppejä ovat kalvoon, siipiin (sarve), kireään nauhaan perustuvat tai sähköpohjaiset. Siipivariometri koostuu pyörivästä siivestä, jonka keskellä on kierrejousi, joka jakaa kammion kahteen osaan, joista toinen on kytketty staattiseen aukkoon ja toinen laajennuskammioon. Sähköisissä varometreissä käytetään ilmavirralle herkkiä termistoreita tai piirilevyjä, jotka koostuvat muuttuvista vastuksista, jotka on kytketty pienen tyhjiöontelon kalvoon.

Yksinkertainen variometri voidaan rakentaa lisäämällä suuri säiliö (termospullo) yhteisen ilma-aluksen nousunopeuden instrumentin varastointikapasiteetin lisäämiseksi. Yksinkertaisimmassa sähköisessä muodossaan instrumentti koostuu ilmapullosta, joka on kytketty ulkoiseen ilmakehään herkän ilmavirtausmittarin kautta. Kun lentokone muuttaa korkeutta, ilmakehän paine lentokoneen ulkopuolella muuttuu ja ilma virtaa ilmapulloon tai ulos pullosta tasaamaan paineen pullon sisällä ja lentokoneen ulkopuolella. Virtaavan ilman nopeus ja suunta mitataan jäähdyttämällä toista kahdesta itsestään kuumenevasta termistorista ja termistorin vastusten välinen ero aiheuttaa jännite-eron; tämä vahvistetaan ja näytetään ohjaajalle. Mitä nopeammin lentokone nousee (tai laskee), sitä nopeammin ilma virtaa. Pullosta ulos virtaava ilma osoittaa, että lentokoneen korkeus kasvaa. Pulloon virtaava ilma osoittaa, että lentokone laskeutuu.

Uudemmat variometrirakenteet mittaavat suoraan ilmakehän staattisen paineen paineanturin avulla ja havaitsevat korkeuden muutokset suoraan ilmanpaineen muutoksesta ilman virtauksen mittaamisen sijaan. Nämä mallit ovat yleensä pienempiä, koska ne eivät tarvitse ilmapulloa. Ne ovat luotettavampia, koska lämpötilan muutokset eivät vaikuta pulloon ja liitosputkissa on vähemmän vuotoja.

Edellä kuvattuihin malleihin, jotka mittaavat korkeuden muutosnopeuden havaitsemalla automaattisesti staattisen paineen muutoksen, kun lentokone muuttaa korkeutta, kutsutaan "kompensoimattomiksi" variometreiksi. Termiä "pystysuora nopeuden osoitin" tai "VSI" käytetään instrumentille useimmiten, kun se asennetaan moottorikäyttöiseen ilma-alukseen. Termiä "variometri" käytetään useimmiten, kun instrumentti on asennettu purjelentokoneeseen tai purjelentokoneeseen.

"Inertiaalijohto" tai "hetkellinen" VSI (IVSI) käyttää kiihtyvyysantureita nopeammin reagoimaan pystysuuntaisen nopeuden muutoksiin.

Paneeliin asennettava varometri purjelentokoneille , pystysuora nopeus solmuina (kn).

Variometer varten varjoliitimet , Purjelentokoneita , ja ballooneers havaitaan pystysuora nopeus sekä nauha indikaattori ja numeerisen lukeman, joka osoittaa pystysuora nopeus metreinä sekunnissa (m / s).

Tarkoitus

Ihmiset, toisin kuin linnut ja muut lentävät eläimet, eivät pysty suoraan tunnistamaan nousu- ja uppoamisnopeuksia. Ennen variometrin keksimistä purjelentokoneiden ohjaajien oli vaikea nousta . Vaikka he pystyivät helposti havaitsemaan pystysuoran nopeuden äkilliset muutokset ("housujen istuimessa"), heidän aistinsa eivät antaneet heille mahdollisuuden erottaa hissiä nielusta tai voimakasta nostoa heikosta nostosta. Varsinainen nousu / uppoamisnopeus ei edes arvailla, ellei ollut selviä kiinteä näköyhteyttä lähistöllä. Kiinteän referenssin lähellä oleminen tarkoittaa lähellä rinteessä tai maata. Lukuun ottamatta kohoavaa kohoamista (hissin hyödyntäminen lähellä mäen tuulen puolta) nämä ovat yleensä erittäin kannattamattomia paikkoja purjelentokoneiden lentäjille. Hyödyllisimmät hissimuodot ( lämpö- ja aaltohissi ) löytyvät korkeammilta lentäjien on erittäin vaikea havaita tai hyödyntää niitä ilman varometrin käyttöä. Sen jälkeen kun Alexander Lippisch ja Robert Kronfeld keksivät variometrin vuonna 1929 , purjelento- urheilu siirtyi uuteen maailmaan.

Variaattoreista tuli tärkeitä myös jalka-laukaisussa riippuliitossa, jossa ulkoilmaohjaaja kuulee tuulen, mutta tarvitsee varometrin auttamaan häntä havaitsemaan nousevan tai uppoavan ilman alueita. Varhaisessa riippuliitossa variaattoreita ei tarvittu lyhyille lennoille tai harjanteen lähellä sijaitseville lennoille. Mutta variometristä tuli avain, kun lentäjät alkoivat tehdä pidempiä lentoja. Ensimmäinen kannettava varometri käytettäväksi riippuliitimissä oli Colver Soaring Instrumentsin Colver-varometri, joka laajensi urheilua maastohermolentoon.

Energian kokonaiskorvaus

Tämän Van's Aircraft RV-4 -koneen VSI on keltaisen suorakulmion sisällä.

Luisteluurheilun kehittyessä havaittiin kuitenkin, että näillä hyvin yksinkertaisilla "korvaamattomilla" instrumenteilla oli rajoituksensa. Tiedot, jotka purjelentokoneiden ohjaajien todella tarvitsevat nousemaan, ovat purjelentokoneen kokema energian kokonaismuutos, mukaan lukien sekä korkeus että nopeus. Kompensoimaton variometri ilmoittaa yksinkertaisesti purjelentokoneen pystysuoran nopeuden, mikä antaa mahdollisuuden " kepin termiseen " eli korkeuden muutokseen, joka johtuu vain kepin syötöstä. Jos ohjaaja vetää keppiä takaisin, purjelentokone nousee, mutta myös hidastuu. Mutta jos purjelentokone nousee muuttamatta nopeutta, se on osoitus todellisesta nostosta, ei "kepin nostosta".

Kompensoidut variometrit sisältävät myös tietoa lentokoneen nopeudesta, joten käytetään kokonaisenergiaa ( potentiaalista ja kineettistä ), ei vain korkeuden muutosta. Esimerkiksi, jos lentäjä työntää keppiä eteenpäin nopeuttaen koneen sukelluksen aikana, korvaamaton varometri osoittaa vain korkeuden menetystä. Mutta lentäjä pystyi vetämään sauvan takaisin ja vaihtamaan ylimääräisen nopeuden jälleen korkeuden mukaan. Kompensoitu variometri käyttää sekä nopeutta että korkeutta osoittamaan kokonaisenergian muutosta. Joten ohjaaja, joka työntää keppiä eteenpäin, sukeltaa nopeuden saamiseksi ja vetäytyy sitten takaisin takaisin korkeuden palauttamiseksi, ei huomaa mitään muutosta kokonaisenergiassa kompensoidulla variometrillä (laiminlyöen vedon aiheuttamat energiahäviöt).

Mukaan Helmut Reichmann , "Sana variometer 'tarkoittaa kirjaimellisesti 'muutoksen mittari,' ja näin se pitäisi ymmärtää. Ilman lisätietoja on epäselvää, mitä muutoksia mitataan. Yksinkertaiset variometers ... ovat kohoamisnopeuden indikaattorien Koska varsinainen näillä instrumenteilla näytetty purjelentokoneen nousu ja uppoaminen riippuu paitsi ilmamassan liikkeestä ja purjelentokoneen suorituskyvystä, myös suurelta osin hyökkäyskulman muutoksista ( hissin liikkeet ) ... Tämä tekee käytännössä mahdottomaksi hyödyllisten tietojen poimimisen. kuten nousujen nopeuden osoittimet osoittavat korkeuden muutoksia ja siten purjelentokoneen potentiaalienergian muutoksia, kokonaisenergian variometrit osoittavat muutoksia purjelentokoneen kokonaisenergiassa, toisin sanoen sekä sen potentiaalienergia (korkeuden takia) ja sen kineettinen energia (lentonopeuden takia). "

Useimmat modernit purjelentokoneet on varustettu kokonaisenergiakompensoiduilla varometreillä.

Energian kokonaiskorvaus teoriassa

metrinen variometri vedettävässä purjelentokoneessa

Lentokoneen kokonaisenergia on:

1. ${\ displaystyle E _ {\ text {tot}} = E _ {\ text {pot}} + E _ {\ text {kin}}}$

missä on potentiaalienergia ja kineettinen energia. Joten muutos kokonaisenergiassa on: ${\ displaystyle E _ {\ text {pot}}}$ ${\ displaystyle E _ {\ text {kin}}}$

2. ${\ displaystyle \ Delta E _ {\ text {tot}} = \ Delta E _ {\ text {pot}} + \ Delta E _ {\ text {kin}}}$

Siitä asti kun

3. Potentiaalinen energia on verrannollinen korkeuteen

${\ displaystyle E _ {\ text {pot}} = mgh}$

missä on purjelentokoneen massa ja painovoiman kiihtyvyys ${\ displaystyle m}$ ${\ displaystyle g}$

ja

4. Kineettinen energia on verrannollinen nopeuden neliöön,

${\ displaystyle E _ {\ text {kin}} = {1 \ yli 2} mV ^ {2}}$

sitten 2: sta:

5. ${\ displaystyle \ Delta E _ {\ text {tot}} = mg \ Delta h + {1 \ yli 2} m {\ Delta V} ^ {2}}$

6. Tämä muunnetaan tyypillisesti tehokkaaksi korkeuden muutokseksi jakamalla painovoiman kiihtyvyys ja lentokoneen massa, joten:

${\ displaystyle {\ Delta E _ {\ text {tot}} \ over mg} = \ Delta h + {{\ Delta V} ^ {2} \ over 2g}}$

Energian kokonaiskorvaus käytännössä

Braunschweig-putkella varustettu kokonaisenergiavariometri

Total-Energy Variometrit käyttävät kalvokompensaattoria, kompensointia venturilla tai kompensoidaan elektronisesti. Kalvokompensaattori on joustava kalvo, joka taipuu ilmanopeuden kokonaispaineen (pitot plus staattinen) mukaan. Siten nopeuden vaikutukset estävät kiihdytyksestä johtuvan nielun lisääntymisen tai hidastumisesta johtuvan nielun vähenemisen. Venturi-kompensaattori syöttää nopeudesta riippuvan alipaineen niin, että paine pienenee nopeuden kasvaessa kompensoiden uppoamisen aiheuttaman lisääntyneen staattisen paineen. Mukaan Helmut Reichmann , "... vähiten herkkä venturin kiinnityskohdassa näyttäisi olevan ylemmän neljänneksen pystysuoran fin, noin 60 cm (2 jalkaa) eteenpäin etureunan." Venturi-kompensaattorityyppeihin kuuluvat Irving Venturi (1948), Althaus Venturi, Hüttner Venturi, Brunswick Tube, Nicks Venturi ja Double-Slotted Tube, jonka on kehittänyt Bardowicks of Akaflieg Hannover, joka tunnetaan myös nimellä Braunschweig Tube.

Hyvin harvoilla moottorikäyttöisillä lentokoneilla on kokonaisenergiamuuttujat. Moottorikäyttöisten lentokoneiden ohjaajia kiinnostaa enemmän todellinen korkeuden muutosnopeus, koska he haluavat usein pitää vakion korkeuden tai ylläpitää tasaista nousua tai laskeutumista.

Netto-varometri

Toinen tyyppi on kompensoitu variometer on Netto tai airmass variometer. TE-kompensoinnin lisäksi Netto-varometri säätää purjelentokoneen sisäistä uppoamisnopeutta tietyllä nopeudella ( napakäyrä ), joka on säädetty siipikuormitukselle vesiliitännän vuoksi. Netto-varometri lukee nollan aina ilmassa. Tämä antaa ohjaajalle tarkan mittauksen ilman massan pystysuuntaisesta liikkeestä, joka on kriittinen viimeiselle liukumiselle (viimeinen liukuminen lopulliseen määränpäähän).

Vuonna 1954 Paul MacCready kirjoitti uppoavan nopeuden korjauksesta kokonaisenergian venturille. MacCready totesi: "Tyynessä ilmassa ... purjelentokoneella on erilainen uppoamisnopeus jokaisella nopeudella ... olisi mukavampaa, jos variometri lisäisi automaattisesti uppoamisnopeuden ja näyttäisi siten pystysuoran ilmaliikkeen pystysuuntaisen purjelentoliikkeen sijaan. Korjaus voidaan tehdä useilla menetelmillä. Todennäköisesti mukavinta on käyttää kokonaisenergiaventuriä ja pitot-putken dynaamista painetta. " Kuten Reichmann selitti, "Netto-varometri näyttää ilmamassan nousun ja uppoamisen (ei purjelentokoneen!) ..." Netto "-ilmaisun saavuttamiseksi purjelentokoneen aina läsnä oleva polaarinen pesuallas on" kompensoitava " Tätä varten käytetään sitä tosiasiaa, että parhaan liukumisen nopeuden yläpuolella purjelentokoneen polaarisen uppoamisnopeus kasvaa karkeasti nopeuden neliön mukana. Koska pitot-paine kasvaa myös nopeuden neliön mukana, yksi voi käyttää sitä "kompensoimaan" purjelentokoneen napa-altaan vaikutuksen käytännössä koko nopeusalueella. " Tom Brandes toteaa: "Netto on yksinkertaisesti saksalainen tapa sanoa" verkko ", ja Netto-varometrijärjestelmä (tai napakompensaattori) on yksinkertaisesti sellainen, joka kertoo netto-pystysuoran ilman liikkeen purjelentokoneen liikkeellä tai uppoamalla tavallisesta variometristä lukeminen. "

Suhteellinen Netto Variometer ilmaisee pystysuora nopeus glider saavutettaisiin IF se lentää nimellä termiikkilentoa nopeus - riippumaton nykyisen ilman nopeus ja asenne. Tämä lukema lasketaan Netto-lukemana miinus purjelentokoneen vähimmäisallas. Kun purjelentokone kiertää lämpötietoihin, ohjaajan on tiedettävä purjelentokoneen pystysuora nopeus ilmamassan sijasta. Suhteellinen Netto Variometer (tai joskus super-Netto ) sisältää g-anturi tunnistaa termiikkilentoa. Lämmitettäessä anturi havaitsee kiihtyvyyden (painovoima plus keskipako) yli 1 g: n kohdalla ja käskee suhteellisen netto-varometrin lopettaa purjelentokoneen siipikuormitetun polaarisen uppoamisnopeuden vähentämisen. Jotkut aikaisemmat nettot käyttivät manuaalista kytkintä g-anturin sijaan.

Elektroniset varometrit

Vuonna 1954 MacCready huomautti audiovariometrin eduista: "Paljon voitettavaa on, jos variometri-indikaatio esitetään ohjaajalle äänellä. Variometriä on tarkkailtava jatkuvasti. lentäjä voi saada lukeman korvalla, hän voi parantaa lämpölentojaan tarkkailemalla lähellä olevia purjelentokoneita ja parantaa aineellisesti kokonaislentoa tutkimalla seuraavaksi käytettäviä pilvimuodostelmia. "

Nykyaikaisissa purjelentokoneissa useimmat elektroniset variometrit tuottavat äänen, jonka sävelkorkeus ja rytmi riippuvat instrumentin lukemasta. Tyypillisesti ääniäänen taajuus kasvaa, kun variometri osoittaa korkeamman nousunopeuden ja pienenee taajuudella kohti syvää valitusta, kun variometri osoittaa nopeamman laskeutumisnopeuden. Kun variometri näyttää nousua, sävy usein pilkotaan ja leikkausnopeutta voidaan lisätä nousunopeuden kasvaessa, kun taas laskeutumisen aikana sävy ei ole hienonnettu. Vario on tyypillisesti hiljainen edelleen ilmassa tai hissi, joka on heikompi kuin tyypillinen vajoamisnopeus liu'un on vähintään uppoaa . Tämän äänisignaalin avulla ohjaaja voi keskittyä ulkoiseen näkymään sen sijaan, että hänen tarvitsisi katsella instrumentteja, mikä parantaa turvallisuutta ja antaa lentäjälle enemmän mahdollisuuden etsiä lupaavia näköisiä pilviä ja muita merkkejä nostosta. Variometri, joka tuottaa tämän tyyppisen äänimerkin, tunnetaan nimellä "audio variometri".

Kehittyneet elektroniset varometrit purjelentokoneissa voivat esittää muita tietoja ohjaajalle GPS- vastaanottimista. Näyttö voi siten näyttää tavoitteen saavuttamiseen tarvittavan laakerin, etäisyyden ja korkeuden. Risteilytilassa (käytetään suoralla lennolla) vario voi myös antaa äänimerkin oikeasta lentonopeudesta riippuen siitä, onko ilma nouseva vai uppoava. Ohjaajan on vain syötettävä arvioitu MacCready- asetus, joka on odotettavissa oleva nousunopeus seuraavassa hyväksyttävässä lämpötilassa.

Purjelentokoneiden kehittyneiden variomittareiden suuntaus kohti lentotietokoneita (variometri-indikaatioilla) on lisääntymässä, ja ne voivat myös näyttää tietoja, kuten ohjattu ilmatila, luettelot kääntöpisteistä ja jopa törmäysvaroitukset. Jotkut tallentavat myös GPS-sijaintitiedot lennon aikana myöhempää analysointia varten.

Radioohjattu huiman

Variometrejä käytetään myös radio-ohjattavissa purjelentokoneissa. Kukin variometer järjestelmä koostuu radio- lähetin on liitimen, ja vastaanotin on jauhettu ohjaajan. Suunnittelusta riippuen vastaanotin voi antaa ohjaajalle purjelentokoneen nykyisen korkeuden ja näytön, joka ilmoittaa, onko purjelentokone nousemassa vai menettämässä - usein ääniäänen kautta. Järjestelmä voi myös tarjota muita telemetrian muotoja , jotka näyttävät parametrit, kuten nopeuden ja akun jännitteen. Radio-ohjattuissa purjelentokoneissa käytetyissä variaattoreissa ei välttämättä ole kokonaisenergiakompensointia.

Variometrit eivät ole välttämättömiä radio-ohjattuissa purjelentokoneissa; ammattitaitoinen lentäjä voi yleensä selvittää, meneekö purjelentokone ylös tai alas pelkästään visuaalisten vihjeiden avulla. Variometrien käyttö on kielletty joissakin räjähtävissä radion ohjattujen purjelentokoneiden kilpailuissa .

Katso myös

Viitteet

Ulkoiset linkit

Yksinkertainen kokonaisenergia-anturi, NASA TM X-73928, maaliskuu 1976

Languages

In other projects