Позиционная ошибка в системах измерения скорости и высоты воздушного судна.

Введение

Ошибка положения — одна из погрешностей, влияющих на системы измерения скорости и высоты в самолете. Нецелесообразно и не требуется, чтобы система индикации воздушной скорости и система индикации высоты были абсолютно точными. Допускается небольшая погрешность. Она вызвана расположением статического отверстия, которое подводит воздушное давление к указателю скорости и высотомеру; на самолете нет такого места, где при всех углах атаки статическое давление всегда было бы равно атмосферному давлению.

Статическая система

Все самолеты оснащены небольшим отверстием в поверхности самолета, называемым статическим портом. Давление воздуха вблизи статического порта передается по трубопроводу к высотометру и указателю воздушной скорости. Этот статический порт и трубопровод составляют статическую систему самолета. Цель статической системы – измерять давление воздуха на высоте, на которой самолет находится. В идеальной статической системе давление воздуха, поступающее в высотомер и указатель воздушной скорости, равно давлению воздуха на высоте полета самолета. Когда воздух обтекает самолет в полете, обтекание потока воздуха искажается присутствием самолета, и скорость воздуха относительно самолета различна в разных точках на его внешней поверхности. В соответствии с принципом Бернулли, эти различные скорости воздуха приводят к разному давлению в разных точках на поверхности самолета. Идеальное положение для статического порта – это точка, где местное давление воздуха в полете всегда равно давлению в свободном потоке, однако на самолете нет такой точки, где это условие выполнялось бы при всех углах атаки. При выборе положения статического порта конструкторы самолетов стремятся найти точку, где погрешность между статическим давлением и давлением свободного потока минимальна во всем рабочем диапазоне углов атаки. Остаточная погрешность при заданном угле атаки называется погрешностью положения. Погрешность положения влияет на показываемую воздушную скорость и показываемую высоту. Производители самолетов указывают данные о погрешности показываемой воздушной скорости и показываемой высоты в руководстве по летной эксплуатации самолета для всего рабочего диапазона скоростей. Во многих самолетах влияние погрешности положения на воздушную скорость отображается как разница между показываемой и откалиброванной воздушной скоростью. В некоторых малоскоростных самолетах погрешность положения отображается как разница между показываемой и эквивалентной воздушной скоростью.

All aircraft are equipped with a small hole in the surface of the aircraft called the static port. The air pressure in the vicinity of the static port is conveyed by a conduit to the altimeter and the airspeed indicator. This static port and the conduit constitute the aircraft's static system. The objective of the static system is to sense the pressure of the air at the altitude at which the aircraft is flying. In an ideal static system the air pressure fed to the altimeter and airspeed indicator is equal to the pressure of the air at the altitude at which the aircraft is flying. As the air flows past an aircraft in flight, the streamlines are affected by the presence of the aircraft, and the speed of the air relative to the aircraft is different at different positions on the aircraft's outer surface. In consequence of Bernoulli's principle, the different speeds of the air result in different pressures at different positions on the aircraft's surface. The ideal position for a static port is a position where the local air pressure in flight is always equal to the pressure remote from the aircraft, however there is no position on an aircraft where this ideal situation exists for all angles of attack. When deciding on a position for a static port, aircraft designers attempt to find a position where the error between static pressure and free stream pressure is a minimum across the operating range of angle of attack of the aircraft. The residual error at any given angle of attack is called the position error. Position error affects the indicated airspeed and the indicated altitude. Aircraft manufacturers use the aircraft flight manual to publish details of the error in indicated airspeed and indicated altitude across the operating range of speeds. In many aircraft, the effect of position error on airspeed is shown as the difference between indicated airspeed and calibrated airspeed. In some low speed aircraft, the position error is shown as the difference between indicated airspeed and equivalent airspeed.

Система Пито

Принцип Бернулли утверждает, что полное давление (или давление застоя) постоянно вдоль линии тока. Изменение давления застоя отсутствует, независимо от точки измерения на линии тока. С давлением застоя не связано позиционных ошибок. Трубка Пито подводит давление к указателю воздушной скорости. Давление в трубке Пито равно давлению застоя, при условии, что трубка Пито ориентирована по направлению местного воздушного потока, расположена вне пограничного слоя и вне следа от винта. Давление в трубке Пито может быть подвержено ошибке ориентации, но не подвержено позиционным ошибкам.

Стандарты проектирования воздушных судов

В стандартах проектирования воздушных судов указано максимально допустимое значение погрешности системы Пито-статического давления. Погрешность в указанной высоте не должна быть чрезмерной, поскольку для пилотов важно знать свою высоту с разумной точностью для обеспечения разделения воздушного движения. Федеральные авиационные правила США, часть 23, §23.1325(e) включают следующее требование к системе статического давления:
Погрешность системы, в указанной высоте давления, не должна превышать ± на единицу скорости в пределах [диапазона рабочих скоростей воздушного судна]. Погрешность в указанной воздушной скорости также не должна быть чрезмерной. Часть 23, §23.1323(b) содержит следующее требование к системе индикации воздушной скорости:
Погрешность системы, включая погрешность положения, не должна превышать трех процентов от калиброванной воздушной скорости или , в зависимости от того, какое значение больше, во всем [диапазоне рабочих скоростей воздушного судна].