Variometr - Variometer

A variometr - také známý jako a ukazatel stoupání a klesání (RCDI), indikátor stoupání, vertikální ukazatel rychlosti (VSI), nebo indikátor vertikální rychlosti (VVI) - jeden z letové přístroje v letadlo slouží k informování pilot z rychlost klesání nebo stoupání.^[1] Může být kalibrován v metrů za sekundu, stop za minutu (1 ft / min = 0,00508 m / s) nebo uzly (1 kn ≈ 0,514 m / s), v závislosti na zemi a typu letadla. Obvykle se připojuje k externímu letadlu statický tlak zdroj.

V napájení let pilot často využívá VSI ujistit se, že je udržován vodorovný let, zejména při zatáčkách. v klouzání, přístroj je během normálního letu používán téměř nepřetržitě, často se zvukovým výstupem, k informování pilota o stoupajícím nebo klesajícím vzduchu. Obvykle jsou kluzáky vybaveny více než jedním typem variometru. Jednodušší typ nepotřebuje externí zdroj energie, a proto se lze spolehnout, že bude fungovat bez ohledu na to, zda je nainstalována baterie nebo zdroj energie. Elektronický typ se zvukem potřebuje k provozu během letu zdroj energie. Tento nástroj je při startu a přistání malý zájem, s výjimkou aerovlek, kde se pilot obvykle bude chtít vyhnout uvolnění v dřezu.

Ukazatel vertikální rychlosti z a Robinson R22. Toto je nejběžnější typ používaný v letadlo, ukazující vertikální rychlost ve stopách za minutu (ft / min).

Variometr pro kluzáky, závěsné kluzáky, a balónky, zobrazující vertikální rychlost jak s páskovým indikátorem, tak s numerickým odečtem, zobrazující vertikální rychlost v metrech za sekundu (m / s).

Popis

Schematické znázornění vnitřních částí klasického ukazatele vertikální rychlosti letadla

Variometry měří rychlost změny nadmořské výšky detekcí změny tlaku vzduchu (statického tlaku) při změně nadmořské výšky. Jednoduchý variometr lze zkonstruovat přidáním velkého zásobníku (termosky), aby se zvýšila skladovací kapacita běžného leteckého nástroje pro stoupání. Ve své nejjednodušší elektronické podobě se přístroj skládá ze vzduchové láhve připojené k vnější atmosféře prostřednictvím citlivého měřiče průtoku vzduchu. Jak letadlo mění nadmořskou výšku, mění se atmosférický tlak mimo letadlo a vzduch proudí do nebo ze vzduchové láhve, aby se vyrovnal tlak uvnitř láhve a mimo letadlo. Rychlost a směr proudění vzduchu se měří ochlazením jednoho ze dvou samoohřevů termistory a rozdíl mezi odpory termistoru způsobí rozdíl napětí; toto je zesíleno a zobrazeno pilotovi. Čím rychleji letadlo stoupá (nebo klesá), tím rychleji proudí vzduch. Vzduch proudící z láhve naznačuje, že se výška letadla zvyšuje. Vzduch proudící do láhve naznačuje, že letadlo klesá.

Novější konstrukce variometru přímo měří statický tlak v atmosféře pomocí tlakového senzoru a detekují změny nadmořské výšky přímo ze změny tlaku vzduchu namísto měření průtoku vzduchu. Tyto vzory bývají menší, protože nepotřebují vzduchovou láhev. Jsou spolehlivější, protože nedochází k ovlivnění žádných lahví změnami teploty a menší pravděpodobnosti netěsností ve spojovacích trubkách.

Výše popsané konstrukce, které měří rychlost změny nadmořské výšky automatickou detekcí změny statického tlaku při změně výšky letadla, se označují jako „nekompenzované“ variometry. Termín „indikátor vertikální rychlosti“ nebo „VSI“ se nejčastěji používá pro přístroj, pokud je instalován v motorovém letadle. Termín „variometr“ se nejčastěji používá, když je přístroj instalován v kluzáku nebo kluzáku.

"Inerciální vedení" nebo "Okamžité" VSI (IVSI) používá akcelerometry k rychlejší reakci na změny vertikální rychlosti.^[2]

Variometr montovaný na panel pro kluzáky, zobrazující vertikální rychlost v uzlech (kn).

Účel

Lidské bytosti, na rozdíl od ptáků a jiných létajících zvířat, nejsou schopny přímo snímat rychlost stoupání a klesání. Před vynálezem variometru kluzák pro piloty to bylo velmi těžké stoupat. I když mohli snadno detekovat náhlé Změny při vertikální rychlosti („v sedle kalhot“) jim jejich smysly neumožňovaly rozlišit zdvih od dřezu nebo silný zdvih od slabého zdvihu. The aktuální rychlost stoupání / klesání se nedala ani uhodnout, ledaže by poblíž byla nějaká jasná pevná vizuální reference. Být v blízkosti pevné reference znamená být v blízkosti svahu nebo země. Kromě případů, kdy stoupání do kopce (využití vleku blízko horní strany kopce), jsou to obecně velmi nerentabilní polohy pro piloty kluzáků. Nejužitečnější formy výtahu (tepelný a mávat se nacházejí ve vyšších nadmořských výškách a pro pilota je velmi obtížné je detekovat nebo zneužít bez použití variometru. Poté, co variometr vynalezl v roce 1929 Alexander Lippisch a Robert Kronfeld,^[3] sport klouzání přestěhoval se do nové říše.

Variometry se staly důležitými také při klouzavém létání na nohy, kde pilot pod širým nebem slyší vítr, ale potřebuje variometr, který mu pomůže detekovat oblasti stoupajícího nebo klesajícího vzduchu. U raného závěsného létání nebyly variometry potřebné pro krátké lety nebo lety blízko hřebenového výtahu. Variometr se však stal klíčovým, když piloti začali dělat delší lety. Prvním přenosným variometrem pro použití na závěsných kluzácích byl Colver Variometer od společnosti Colver Soaring Instruments ^[4] který sloužil k rozšíření sportu do běžeckého termálního létání.^[5][6]

Celková kompenzace energie

Jak se klouzavý sport vyvíjel, bylo zjištěno, že tyto velmi jednoduché „nekompenzované“ přístroje mají svá omezení. Informace, které piloti kluzáků opravdu potřebují k vzletu, je celková změna energie, kterou kluzák zažívá, včetně nadmořské výšky a rychlosti. Nekompenzovaný variometr jednoduše indikuje vertikální rychlost kluzáku, což vede k možnosti „držet termální „tj. změna nadmořské výšky způsobená pouze vstupem páky. Pokud pilot zatáhne zpět na páku, kluzák se zvedne, ale také zpomalí. Pokud však kluzák stoupá bez změny rychlosti, je to indikace skutečný výtah, ne „výtah“.

Kompenzované variometry zahrnují také informace o rychlosti letadla, takže celková energie (potenciál a kinetický ), nejen změna nadmořské výšky. Například pokud pilot tlačí na hůl vpřed a zrychluje, jak se letadlo potápí, nekompenzovaný variometr pouze indikuje ztrátu nadmořské výšky. Ale pilot mohl zatáhnout za páku a extra rychlost znovu vyměnit za nadmořskou výšku. Kompenzovaný variometr používá k indikaci změny celkové energie rychlost i nadmořskou výšku. Takže pilot, který tlačí hůl vpřed, potápí se, aby získal rychlost, a poté znovu táhne zpět, aby znovu získal nadmořskou výšku, si na kompenzovaném variometru nevšimne žádné změny v celkové energii (zanedbání ztráty energie v důsledku odporu).

Většina moderních kluzáků je vybavena Celková kompenzovaná energie variometry.

Teoretická kompenzace celkové energie

Celková energie letadla je:

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

kde ${ displaystyle E _ { text {pot}}}$ je potenciální energie a ${ displaystyle E _ { text {kin}}}$ je kinetická energie. Změna celkové energie tedy je:

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

Od té doby

3. Potenciální energie je úměrná výšce

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

kde ${ displaystyle m}$ je hmotnost kluzáku a ${ displaystyle g}$ gravitační zrychlení

a

4. Kinetická energie je úměrná druhé mocnině rychlosti,

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

pak od 2:

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

6. Obvykle se to převádí na efektivní změnu nadmořské výšky dělením gravitačním zrychlením a hmotností letadla, takže:

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

VSI v tomto Van's Aircraft RV-4 lehké letadlo je ve žlutém obdélníku.

Celková energetická kompenzace v praxi

U většiny kluzáků se celkové kompenzace energie dosahuje připojením variometru k atmosféře pomocí „sondy celkové energie“, která vytváří vakuum úměrné druhé mocnině rychlosti vzduchu kluzáku - ve skutečnosti negativní Pitot. Alternativně může být odečet proveden elektronicky letovým počítačem na základě indikované rychlosti letu (pitot).

Velmi málo poháněných letadel má variometry celkové energie. Piloti motorových letadel se více zajímají o skutečnou rychlost změny nadmořské výšky, protože často chtějí udržovat konstantní nadmořskou výšku nebo udržovat stabilní stoupání nebo klesání.

Sonda celkové energie se dříve tvarovala jako klasická Venturi (dvě malé trychtýře spojené úzkými konci zády k sobě), nebo dnes Irving Trubka - štěrbina nebo pár otvorů na zadní straně čtvrt palcové svislé trubky. Geometrie sondy celkové energie je taková, že proudění vzduchu generuje sání (snížený tlak).

Aby se maximalizovala přesnost tohoto kompenzačního efektu, musí být sonda celkové energie v nerušeném proudu vzduchu před nosem nebo ocasní ploutví letadla („Braunschweigova trubice ",^[7] dlouhá konzolová trubka se zlomem na konci, který je vidět vyčnívající z náběžné hrany ocasní ploutve na většině moderních kluzáků.)

Ideálním místem pro variometr s celkovou energií je místo v poli toku kolem letadla, kde koeficient tlaku je negativní.

Netto variometr

Druhým typem kompenzovaného variometru je Netto nebo vzdušná hmota variometr. Kromě kompenzace TE se variometr Netto přizpůsobuje vlastní potopení rychlosti kluzáku při dané rychlosti ( polární křivka ) upraveno pro zatížení křídla kvůli vodní zátěži. Variometr Netto bude vždy číst nulu na klidném vzduchu. To poskytuje pilotovi přesné měření vertikálního pohybu hmotnosti vzduchu kritického pro závěrečné klouzání (poslední klouzání do konečného místa určení).

The Relativní netto variometr udává vertikální rychlost, kterou by kluzák dosáhl, kdyby letěl termální rychlostí - nezávisle na aktuální rychlosti a postoji vzduchu. Tato hodnota se počítá jako hodnota Netto odečtená od minimálního klesání kluzáku.

Když kluzák krouží na teplotu, musí pilot znát vertikální rychlost kluzáku místo rychlosti vzduchu. The Relativní netto variometr (nebo někdy super netto) obsahuje g-senzor pro detekci termálního volání.

Při termálním snímání snímač detekuje zrychlení (gravitace plus odstředivé) nad 1 g a řekne relativnímu netto variometru, aby po celou dobu přestal odečítat rychlost polárního klesání upravenou na zatížení křídla kluzáku. Někteří dřívější netto používali manuální spínač místo senzoru g.

Elektronické variometry

U moderních kluzáků většina elektronických variometrů generuje zvuk, jehož výška a rytmus závisí na odečtu nástroje. Typicky se zvukový tón zvyšuje na frekvenci, protože variometr vykazuje vyšší rychlost stoupání a snižuje frekvenci směrem k hlubokému sténání, protože variometr vykazuje rychlejší rychlost klesání. Když variometr ukazuje stoupání, tón je často sekán a rychlost sekání může být zvýšena, jak se zvyšuje rychlost stoupání, zatímco během sestupu není tón sekán. Vario je obvykle tiché na klidném vzduchu nebo ve výtahu, který je slabší, než je obvyklá rychlost klesání kluzáku při minimální umyvadlo. Tento zvukový signál umožňuje pilotovi soustředit se na vnější pohled místo toho, aby musel sledovat nástroje, čímž zvyšuje bezpečnost a také dává pilotovi více příležitostí hledat slibně vypadající mraky a další známky vztlaku. Variometr, který produkuje tento typ slyšitelného tónu, se nazývá „zvukový variometr“.

Pokročilé elektronické variometry v kluzácích mohou pilotovi poskytnout další informace GPS přijímače. Displej tak může ukazovat ložisko, vzdálenost a výšku potřebnou k dosažení cíle. V cestovním režimu (používá se v přímém letu) může vario také poskytovat zvukovou indikaci správné rychlosti letu v závislosti na tom, zda vzduch stoupá nebo klesá. Pilot musí pouze zadat odhad MacCready nastavení, což je očekávaná rychlost stoupání v další přijatelné termální teplotě.

U pokročilých variometrů u kluzáků se zvyšuje trend směrem k letovým počítačům (s indikacemi variometrů), které mohou také poskytovat informace, jako je řízený vzdušný prostor, seznamy otočných bodů a dokonce i varování před kolizí. Některé také během letu uloží poziční GPS data pro pozdější analýzu.

Rádiem řízené plachtění

Variometry se také používají v řízeno rádiem kluzáky. Každý variometrický systém se skládá z rádia vysílač v kluzáku a přijímač na zemi pro použití pilotem. V závislosti na konstrukci může přijímač poskytnout pilotovi aktuální nadmořskou výšku kluzáku a displej, který indikuje, zda kluzák získává nebo ztrácí nadmořskou výšku - často pomocí zvukového tónu. Jiné formy telemetrie může být také poskytován systémem zobrazujícím parametry, jako je rychlost letu a napětí baterie. Variometry používané v dálkově ovládaných kluzácích mohou nebo nemusí obsahovat celkovou kompenzaci energie.

Variometry nejsou u rádiem řízených kluzáků nezbytné; zkušený pilot může obvykle určit, zda kluzák jde nahoru nebo dolů, pouze pomocí vizuálních podnětů. Používání variometrů je při některých plachtění zakázáno soutěže pro dálkově ovládané kluzáky.

Viz také

• Primární letový displej
• Doporučení ICAO k používání mezinárodního systému jednotek
• Závěsné létání
• Paragliding
• Rychlost letu

Reference

Bibliografie

Jednoduchý snímač celkové energie, NASA TM X-73928, březen 1976