Авіаці́йний варіо́метр чи просто варіометр (англ. vertical speed indicator, VSI або англ. vertical velocity indicator, VVI або англ. rate of climb and descent Indicator, RCDI) — пілотажний контрольно-вимірювальний прилад, яким вимірюють швидкість підйому й зниження (вертикальну швидкість) літального апарата.
Одиниці вимірювання шкали приладу можуть бути — м/с, фути/хв (ft/min) або вузли kn (1kn = 101,333 ft/min = 1 миля/год = 1852 м/год).
Історична довідка
Винахід варіометра датується 1929 роком, коли прилад був застосований у планерному спорті за ініціативою німецького інженера Александра Ліппіша (нім. Alexander Martin Lippisch) та австрійського спортсмена-планериста (у подальшому тест-пілота британських ВПС) Роберта Кронфельда (нім. Robert Kronfeld).
У подальшому було винайдено і апробовано багато різних конструкцій авіаційних варіометрів, що знайшли своє застосування і у великій авіації. Наразі на кожному літальному апараті є варіометр. На літаках, зокрема, він використовується при пілотажі для контролю висоти, наприклад, при здійсненні горизонтальних маневрів (розворотів).
Будова і принцип роботи
Загальний принцип роботи варіометра ґрунтується на вимірюванні швидкості зміни статичного атмосферного тиску у замкнутій порожнині з каліброваним отвором або капіляром із зміною висоти.
У конструкцію входить блок манометричної коробки, яка деформується при наявності різниці тисків всередині та зовні неї, стрілка з передавальним механізмом, що пов'язаний з рухомим елементом манометричної коробки, капіляр, трубопровід, шкала.
Роль чутливого елемента виконує манометрична коробка або мембрана. Внутрішня порожнина герметичного корпусу приладу сполучається безпосередньо з магістраллю статичного тиску через капіляр. Капіляр — скляна трубка з отвором малого перетину. Якщо літак летить горизонтально, то статичний атмосферний тиск всередині манометричної коробки і тиск усередині корпусу будуть однакові і стрілка приладу показує нульову вертикальну швидкість. При зміні висоти польоту змінюється статичний тиск. Усередині манометричної коробки цей тиск встановлюється практично миттєво, а в корпусі приладу внаслідок опору капіляра тиск змінюється повільніше ніж усередині манометричної коробки. Чим більшою є вертикальна швидкість польоту, тим більша різниця тисків. Під дією різниці тисків манометрична коробка деформується. Деформація коробки через передавальний механізм передається на стрілку, яка відхиляється від середнього положення вгору при наборі висоти, вниз — при зниженні.
Описана класична схема має відносно малу швидкодію обумовлену інерцією та нерівномірністю потоку повітря та впливом на покази при різких маневрах, через що на швидкохідних літальних апаратах використовуються так звані безінерційні (миттєві) варіометри (англ. inertia lead vertical speed indicator, ILVSI). Вони додатково оснащені спеціальними прискорювачами (акселераторами) у вигляді підпружиненого поршня відносно великої маси, який при різкому наборі висоти чи зниженні миттєво опускається або піднімається створюючи розрідження або додатковий тиск у манометричній коробці вносячи корекцію у покази. Після стабілізації процесу набору висоти або зниження повітря, що надходить через калібровані отвори «наздоганяє» ситуацію, що відповідає стабілізованому стану, поршень прискорювача під дією пружини повертається у вихідне положення, а варіометр продовжує роботу як звичайний VSI.
У оснащенні планерів знайшли також застосування прапорцеві (пелюсткові) варіометри, у яких чутливим елементом є прапорець, пов'язаний із стрілкою, положення якого визначається напрямом і динамічним впливом вирівнювального потоку повітря між каналом статичного тиску та ємністю компенсації, що виникає при зміні висоти польоту. Замість пелюстки для індикації інтенсивності вирівнювального потоку може використовуватись витратомір змінного перепаду тиску.
Подальший розвиток конструкцій варіометрів йшов шляхом комбінування та інтегрування з іншими вимірювальними приладами. Як приклад можна навести поширений в авіації 50-60-х років XX століття прилад ДА-200. Він включає в собі власне варіометр (біла стрілка), що вимірює вертикальні швидкості до 200 м/с, а також покажчик поперечного нахилу або крену (жовта стрілка) до 45°.
Електронні варіометри
Отримання результату вимірювання у вигляді електричного сигналу можна забезпечити, якщо у вирівнювальний потік повітря між каналом статичного тиску та компенсаційною ємністю помістити чутливі елементи у вигляді двох послідовно розташованих термісторів (терморезисторів) електричний опір яких залежить від температури. Нагрівання їх здійснюється невеликим електричним струмом (близько 15 мА) до температури близько 100 °С. При проходженні повітря у компенсаційну камеру більшого охолодження зазнає перший термістор, при зворотному напрямку потоку — другий. Різниця температур а значить і опорів термісторів і буде слугувати сигналом про швидкість зміни висоти польоту. Такий варіометр має високу швидкодію а електричний сигнал можна легко перетворювати у звукову сигналізацію, яка може змінювати гучність та/чи тональність залежно від напряму та інтенсивності вертикальних маневрів.
Варіометри повної енергії
У планеризмі вважається, що для нормального польоту апарат повинен мати достатню кількість механічної енергії. Енергія планера, що називається повною енергією, складається з потенціальної Eп = mgH (m — маса планера, g — прискорення вільного падіння, Н — висота лету) і кінетичної Eк = mV²/2 (V — швидкість польоту), тобто Е = Eп+ Eк. Ці види енергії можуть взаємно перетворюватись — зменшувати швидкість за рахунок збільшення висоти і збільшувати швидкість за рахунок зменшення висоти. Більшість варіометрів, зокрема ті що описані вище, враховували лише зміну потенційної енергії судна використовуючи тільки значення статичного тиску, незалежно чи ця зміна викликана зміною швидкості, чи в результаті впливу зовнішніх факторів (наприклад, висхідних теплових потоків). Цей факт є істотним у польоті планера, оскільки його пілота цікавить чи у місці простору перебування планера є висхідні потоки чи зміна висоти викликана за рахунок кінетичної енергії. Для вирішення цієї проблеми у планерах використовують варіометри повної енергії або скомпенсовані варіометри (англ. Total energy compensated variometers), які компенсують реакцію на зміну висоти у результаті маневру, а реагують лише на зміну повної енергії.
Принцип роботи приладу полягає у тому, що до компенсаційної схеми варіометра підключається відповідно калібрована мембрана-компенсатор, до якої подається повний тиск. І якщо зміни статичного тиску будуть викликані через зміну швидкості, то вони будуть скомпенсовані одночасною більшою зміною тиску, що подається на протилежну сторону манометричної коробки і прилад не покаже зміни повної енергії планера. Однак, при появі висхідного потоку наступить зміна статичного тиску, не пов'язана із зміною повного тиску і варіометр покаже цю зміну, що уможливить пілотові початок маневру у висхідному термічному потоці.
В іншому типі компенсатора як приймач статичного тиску до варіометра підключається трубка Вентурі. Вона має звуження, у якому за законом Бернуллі тиск є нижчим, ніж в основному потоці. Тобто при усталеному режимі такий варіометр працює як звичайний (некомпенсований). Тиск в його камері дорівнює статичному за вирахуванням постійної величини розрідження в трубці Вентурі. Але при зміні швидкості польоту планера величина цього розрідження змінюється. Змінюється і величина тиску (статичного) в камері варіометра. Таким чином, при збільшенні швидкості стрілка у більшій мірі більше зсувається в бік підняття (порівняно з некомпенсованим варіометром), а при її зменшенні — у бік зниження.
Приймачі динамічного тиску для таких компенсаторів встановлюються зазвичай в зонах, де не порушено структуру потоку повітря, тобто або перед носом планера, або перед передньою крайкою кіля.
Компенсація, аналогічна до вищеописаної існує і в електронному вигляді, для електронних компенсованих варіометрів. На сучасних планерах завжди присутні як мінімум два види варіометрів: звичайний (аерометричний) і електронний. Аерометричний варіометр при цьому найчастіше є запасним (аварійним).
Проте електронний варіометр, який часто поєднується з іншими покажчиками (наприклад висотоміром) для безмоторної авіації стає основним. У такому приладі немає повітряних ємностей і трубопроводів, а є лише чутливі сенсори тиску, на основі даних з яких обчислювальні пристрої видають потрібну інформацію, в тому числі і про вертикальну швидкість.
Існує багато різновидів таких приладів. Вони є досить компактними і зручними, і не тільки для пілотів планерів, а й для парапланеристів та дельтапланеристів.
Примітки
- Michael H. Bednarek (2003). . Dreams of flight. Архів оригіналу за 27 червня 2014. Процитовано 25 травня 2009.
Джерела
- Никитин Г. А., Баканов Е. А. Основы авиации. (Изд. 2е) — М.: Транспорт, 1984. — 264 с.
- Браславский Д. А., Логунов С. С., Пельпор Д. С. Авиационные приборы и автоматы: Учебник для авиационных ВУЗов. — М.: Машиностроение, 1978, — 432 с.
- Техническая эксплуатация авиационного оборудования/Под ред. В. Г. Воробъева. — М.: Транспорт, 1990. — 296 с.
- Воробьев В. Г., Константинов В. Д. Надежность и техническая диагностика авиационного оборудования: ученик. — М.:МГТУ ГА, 2010. − 448 с. —
- Техническая эксплуатация пилотажно-навигационных комплексов / Под ред. А. В. Скрипца. — М.: Транспорт, 1992. — 296 с.
- Эксплуатация авиационного оборудования и безопасность полетов. Учебное пособие. Авт. Денисов В. Г., Козарук В. В. и др. — М.: Транспорт, 1979. — 239 с.
- Агеев В. М., Павлова Н. В. Приборные комплексы летательных аппаратов и их проектирование. — М.: Машиностроение, 1990. — 433 с.
- Асс Б. А., Антипов Е. Ф., Жукова Н. М. Детали авиационных приборов — М.: Машиностроение, 1979. — 232 с.
- Асс Б. А. Детали и узлы авиационных приборов и их расчет : учебник / Б. А. Асс, Н. М. Жукова, Е. Ф. Антипов; под ред. Е. Ф. Антипова. — 2-е изд., перераб. и доп. / Репринтное воспроизведение издания 1966 г. — М. : ЭКОЛИТ, 2011. — 416 с.
Посилання
Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Авіаційний варіометр |
- Flight Instruments [ 13 лютого 2012 у Wayback Machine.] на сайті «Free Online Private Pilot Ground School» (англ.)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
U Vikipediyi ye statti pro inshi znachennya cogo termina Variometr Aviaci jnij vario metr chi prosto variometr angl vertical speed indicator VSI abo angl vertical velocity indicator VVI abo angl rate of climb and descent Indicator RCDI pilotazhnij kontrolno vimiryuvalnij prilad yakim vimiryuyut shvidkist pidjomu j znizhennya vertikalnu shvidkist litalnogo aparata Variometr z gelikoptera Robinson R22 Klasichna konstrukciya sho vikoristovuyetsya v aviaciyi pokazuye shvidkist u futah za hvilinu Variometr na paneli priladiv u verhnomu ryadu sprava litaka 2006 Odinici vimiryuvannya shkali priladu mozhut buti m s futi hv ft min abo vuzli kn 1kn 101 333 ft min 1 milya god 1852 m god Istorichna dovidkaVinahid variometra datuyetsya 1929 rokom koli prilad buv zastosovanij u planernomu sporti za iniciativoyu nimeckogo inzhenera Aleksandra Lippisha nim Alexander Martin Lippisch ta avstrijskogo sportsmena planerista u podalshomu test pilota britanskih VPS Roberta Kronfelda nim Robert Kronfeld U podalshomu bulo vinajdeno i aprobovano bagato riznih konstrukcij aviacijnih variometriv sho znajshli svoye zastosuvannya i u velikij aviaciyi Narazi na kozhnomu litalnomu aparati ye variometr Na litakah zokrema vin vikoristovuyetsya pri pilotazhi dlya kontrolyu visoti napriklad pri zdijsnenni gorizontalnih manevriv rozvorotiv Budova i princip robotiKlasichna shema variometra z manometrichnoyu korobkoyu Variometr membrannogo tipu 1 Kompresijna yemnist 2 Statichnij tisk 3 Kapilyar 4 Pidvedennya statichnogo tisku 5 Membrana 6 Peredavalnij mehanizm Kombinovanij prilad DA 200K Elektronnij variometr dlya paraplaneristiv ta aeronavtiv z grafichnim indikatorom strichkovogo tipu ta cifrovim tablo dlya zchituvannya Zagalnij princip roboti variometra gruntuyetsya na vimiryuvanni shvidkosti zmini statichnogo atmosfernogo tisku u zamknutij porozhnini z kalibrovanim otvorom abo kapilyarom iz zminoyu visoti U konstrukciyu vhodit blok manometrichnoyi korobki yaka deformuyetsya pri nayavnosti riznici tiskiv vseredini ta zovni neyi strilka z peredavalnim mehanizmom sho pov yazanij z ruhomim elementom manometrichnoyi korobki kapilyar truboprovid shkala Rol chutlivogo elementa vikonuye manometrichna korobka abo membrana Vnutrishnya porozhnina germetichnogo korpusu priladu spoluchayetsya bezposeredno z magistrallyu statichnogo tisku cherez kapilyar Kapilyar sklyana trubka z otvorom malogo peretinu Yaksho litak letit gorizontalno to statichnij atmosfernij tisk vseredini manometrichnoyi korobki i tisk useredini korpusu budut odnakovi i strilka priladu pokazuye nulovu vertikalnu shvidkist Pri zmini visoti polotu zminyuyetsya statichnij tisk Useredini manometrichnoyi korobki cej tisk vstanovlyuyetsya praktichno mittyevo a v korpusi priladu vnaslidok oporu kapilyara tisk zminyuyetsya povilnishe nizh useredini manometrichnoyi korobki Chim bilshoyu ye vertikalna shvidkist polotu tim bilsha riznicya tiskiv Pid diyeyu riznici tiskiv manometrichna korobka deformuyetsya Deformaciya korobki cherez peredavalnij mehanizm peredayetsya na strilku yaka vidhilyayetsya vid serednogo polozhennya vgoru pri nabori visoti vniz pri znizhenni Opisana klasichna shema maye vidnosno malu shvidkodiyu obumovlenu inerciyeyu ta nerivnomirnistyu potoku povitrya ta vplivom na pokazi pri rizkih manevrah cherez sho na shvidkohidnih litalnih aparatah vikoristovuyutsya tak zvani bezinercijni mittyevi variometri angl inertia lead vertical speed indicator ILVSI Voni dodatkovo osnasheni specialnimi priskoryuvachami akseleratorami u viglyadi pidpruzhinenogo porshnya vidnosno velikoyi masi yakij pri rizkomu nabori visoti chi znizhenni mittyevo opuskayetsya abo pidnimayetsya stvoryuyuchi rozridzhennya abo dodatkovij tisk u manometrichnij korobci vnosyachi korekciyu u pokazi Pislya stabilizaciyi procesu naboru visoti abo znizhennya povitrya sho nadhodit cherez kalibrovani otvori nazdoganyaye situaciyu sho vidpovidaye stabilizovanomu stanu porshen priskoryuvacha pid diyeyu pruzhini povertayetsya u vihidne polozhennya a variometr prodovzhuye robotu yak zvichajnij VSI U osnashenni planeriv znajshli takozh zastosuvannya praporcevi pelyustkovi variometri u yakih chutlivim elementom ye praporec pov yazanij iz strilkoyu polozhennya yakogo viznachayetsya napryamom i dinamichnim vplivom virivnyuvalnogo potoku povitrya mizh kanalom statichnogo tisku ta yemnistyu kompensaciyi sho vinikaye pri zmini visoti polotu Zamist pelyustki dlya indikaciyi intensivnosti virivnyuvalnogo potoku mozhe vikoristovuvatis vitratomir zminnogo perepadu tisku Podalshij rozvitok konstrukcij variometriv jshov shlyahom kombinuvannya ta integruvannya z inshimi vimiryuvalnimi priladami Yak priklad mozhna navesti poshirenij v aviaciyi 50 60 h rokiv XX stolittya prilad DA 200 Vin vklyuchaye v sobi vlasne variometr bila strilka sho vimiryuye vertikalni shvidkosti do 200 m s a takozh pokazhchik poperechnogo nahilu abo krenu zhovta strilka do 45 Elektronni variometriOtrimannya rezultatu vimiryuvannya u viglyadi elektrichnogo signalu mozhna zabezpechiti yaksho u virivnyuvalnij potik povitrya mizh kanalom statichnogo tisku ta kompensacijnoyu yemnistyu pomistiti chutlivi elementi u viglyadi dvoh poslidovno roztashovanih termistoriv termorezistoriv elektrichnij opir yakih zalezhit vid temperaturi Nagrivannya yih zdijsnyuyetsya nevelikim elektrichnim strumom blizko 15 mA do temperaturi blizko 100 S Pri prohodzhenni povitrya u kompensacijnu kameru bilshogo oholodzhennya zaznaye pershij termistor pri zvorotnomu napryamku potoku drugij Riznicya temperatur a znachit i oporiv termistoriv i bude sluguvati signalom pro shvidkist zmini visoti polotu Takij variometr maye visoku shvidkodiyu a elektrichnij signal mozhna legko peretvoryuvati u zvukovu signalizaciyu yaka mozhe zminyuvati guchnist ta chi tonalnist zalezhno vid napryamu ta intensivnosti vertikalnih manevriv Variometri povnoyi energiyiU planerizmi vvazhayetsya sho dlya normalnogo polotu aparat povinen mati dostatnyu kilkist mehanichnoyi energiyi Energiya planera sho nazivayetsya povnoyu energiyeyu skladayetsya z potencialnoyi Ep mgH m masa planera g priskorennya vilnogo padinnya N visota letu i kinetichnoyi Ek mV 2 V shvidkist polotu tobto E Ep Ek Ci vidi energiyi mozhut vzayemno peretvoryuvatis zmenshuvati shvidkist za rahunok zbilshennya visoti i zbilshuvati shvidkist za rahunok zmenshennya visoti Bilshist variometriv zokrema ti sho opisani vishe vrahovuvali lishe zminu potencijnoyi energiyi sudna vikoristovuyuchi tilki znachennya statichnogo tisku nezalezhno chi cya zmina viklikana zminoyu shvidkosti chi v rezultati vplivu zovnishnih faktoriv napriklad vishidnih teplovih potokiv Cej fakt ye istotnim u poloti planera oskilki jogo pilota cikavit chi u misci prostoru perebuvannya planera ye vishidni potoki chi zmina visoti viklikana za rahunok kinetichnoyi energiyi Dlya virishennya ciyeyi problemi u planerah vikoristovuyut variometri povnoyi energiyi abo skompensovani variometri angl Total energy compensated variometers yaki kompensuyut reakciyu na zminu visoti u rezultati manevru a reaguyut lishe na zminu povnoyi energiyi Princip roboti priladu polyagaye u tomu sho do kompensacijnoyi shemi variometra pidklyuchayetsya vidpovidno kalibrovana membrana kompensator do yakoyi podayetsya povnij tisk I yaksho zmini statichnogo tisku budut viklikani cherez zminu shvidkosti to voni budut skompensovani odnochasnoyu bilshoyu zminoyu tisku sho podayetsya na protilezhnu storonu manometrichnoyi korobki i prilad ne pokazhe zmini povnoyi energiyi planera Odnak pri poyavi vishidnogo potoku nastupit zmina statichnogo tisku ne pov yazana iz zminoyu povnogo tisku i variometr pokazhe cyu zminu sho umozhlivit pilotovi pochatok manevru u vishidnomu termichnomu potoci V inshomu tipi kompensatora yak prijmach statichnogo tisku do variometra pidklyuchayetsya trubka Venturi Vona maye zvuzhennya u yakomu za zakonom Bernulli tisk ye nizhchim nizh v osnovnomu potoci Tobto pri ustalenomu rezhimi takij variometr pracyuye yak zvichajnij nekompensovanij Tisk v jogo kameri dorivnyuye statichnomu za virahuvannyam postijnoyi velichini rozridzhennya v trubci Venturi Ale pri zmini shvidkosti polotu planera velichina cogo rozridzhennya zminyuyetsya Zminyuyetsya i velichina tisku statichnogo v kameri variometra Takim chinom pri zbilshenni shvidkosti strilka u bilshij miri bilshe zsuvayetsya v bik pidnyattya porivnyano z nekompensovanim variometrom a pri yiyi zmenshenni u bik znizhennya Prijmachi dinamichnogo tisku dlya takih kompensatoriv vstanovlyuyutsya zazvichaj v zonah de ne porusheno strukturu potoku povitrya tobto abo pered nosom planera abo pered perednoyu krajkoyu kilya Kompensaciya analogichna do visheopisanoyi isnuye i v elektronnomu viglyadi dlya elektronnih kompensovanih variometriv Na suchasnih planerah zavzhdi prisutni yak minimum dva vidi variometriv zvichajnij aerometrichnij i elektronnij Aerometrichnij variometr pri comu najchastishe ye zapasnim avarijnim Prote elektronnij variometr yakij chasto poyednuyetsya z inshimi pokazhchikami napriklad visotomirom dlya bezmotornoyi aviaciyi staye osnovnim U takomu priladi nemaye povitryanih yemnostej i truboprovodiv a ye lishe chutlivi sensori tisku na osnovi danih z yakih obchislyuvalni pristroyi vidayut potribnu informaciyu v tomu chisli i pro vertikalnu shvidkist Isnuye bagato riznovidiv takih priladiv Voni ye dosit kompaktnimi i zruchnimi i ne tilki dlya pilotiv planeriv a j dlya paraplaneristiv ta deltaplaneristiv PrimitkiMichael H Bednarek 2003 Dreams of flight Arhiv originalu za 27 chervnya 2014 Procitovano 25 travnya 2009 DzherelaNikitin G A Bakanov E A Osnovy aviacii Izd 2e M Transport 1984 264 s Braslavskij D A Logunov S S Pelpor D S Aviacionnye pribory i avtomaty Uchebnik dlya aviacionnyh VUZov M Mashinostroenie 1978 432 s Tehnicheskaya ekspluataciya aviacionnogo oborudovaniya Pod red V G Vorobeva M Transport 1990 296 s ISBN 5 277 00986 8 Vorobev V G Konstantinov V D Nadezhnost i tehnicheskaya diagnostika aviacionnogo oborudovaniya uchenik M MGTU GA 2010 448 s ISBN 978 5 86311 768 3 Tehnicheskaya ekspluataciya pilotazhno navigacionnyh kompleksov Pod red A V Skripca M Transport 1992 296 s Ekspluataciya aviacionnogo oborudovaniya i bezopasnost poletov Uchebnoe posobie Avt Denisov V G Kozaruk V V i dr M Transport 1979 239 s Ageev V M Pavlova N V Pribornye kompleksy letatelnyh apparatov i ih proektirovanie M Mashinostroenie 1990 433 s ISBN 5 217 00793 1 Ass B A Antipov E F Zhukova N M Detali aviacionnyh priborov M Mashinostroenie 1979 232 s Ass B A Detali i uzly aviacionnyh priborov i ih raschet uchebnik B A Ass N M Zhukova E F Antipov pod red E F Antipova 2 e izd pererab i dop Reprintnoe vosproizvedenie izdaniya 1966 g M EKOLIT 2011 416 s ISBN 978 5 4365 0018 8PosilannyaVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Aviacijnij variometr Flight Instruments 13 lyutogo 2012 u Wayback Machine na sajti Free Online Private Pilot Ground School angl