Что такое приборная скорость самолета

Приборная, истинная, путевая скорости на доступном языке

Возможно вы удивитесь, но в авиации все совсем не так как в автомобилестроении. У вас в машине один спидометр который показывает скорость вашего движения. Все просто, чем быстрее вращается колесо, тем выше скорость, у нее всегда одно значение скорость относительно земли.

Но вот какая история, у самолета все иначе, скоростей здесь гораздо больше.

Приборная скорость (Indicated Airspeed)

То что показывает «спидометр» пилота называется приборная скорость или приборная воздушная скорость.

Дело в том, что для измерения скорости движения самолета используется Приемник воздушного давления, то есть скорость измеряется относительно потока воздуха в котором движется самолет с допущением. что за бортом так называемые «нормальные условия» (давление 760 мм ст, температура +15 и влажность 0%). Но они ведь не всегда такие, правда?

Истинная скорость (True Airspeed)

Идем дальше и обнаруживаем истинную воздушную скорость. Это скорость с учетом поправок. Учитывается инструментальная поправка (ведь прибор сам по себе может давать погрешность) аэродинамическая, волновая (возникновение скачков уплотнения на сверхзвуковых и близких к ним скоростях) и методическая.

На высоте уровня моря обе скорости совпадают, а вот с увеличением высоты полета истинная скорость начинает расти и на высоте 12 км истинная может быть в 2 раза выше приборной скорости.

Есть несколько типов указателей скорости (авиационный спидометр): показывающей приборную скорость, показывающий истинную скорость, показывающий приборную скорость и число М и т. д.. В общем, исходя из типа самолета приборы могут быть разными.

Указатель скорости самолета DC-10

Эквивалентная скорость (Equivalent Airspeed)

Скорость применяемая для расчетов инженерами, она учитывает сжимаемость воздуха. Прибора показывающего ее нет.

Скорости выше «воздушные». А вот и:

Путевая скорость (Ground Speed)

Это скорость самолета относительно земли, а не воздуха. В современном мире она измеряется с помощью GPS. Суть в том, что, например, при встречном ветре скорость самолета относительно земли будет меньше, чем при попутном, а относительно воздуха не изменится. Поэтому зная скорость относительно воздуха и скорость ветра можно вычислить свою путевую скорость.

Вертикальная скорость

Это скорость набора высоты или снижения.

Число Маха

Фактически скорость относительно скорости звука

В принципе для пилота самой важной является приборная скорость, она влияет на динамику полета, число М важно для понимания не превысил ли пилот допустимое значения. Истинная и путевая скорости важнее для навигации, эквивалентная для расчетов.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Источник

Скорость полета самолета и трубка Пито.

Здравствуйте, друзья!

Но а как же быть с самолетом? Нет ведь в воздухе дорог, по которым можно было бы ехать :-). Единственная среда, с которой летательный аппарат контактирует непосредственно — это воздух. Вот от него-то он большую часть информации о своем движении и получает. Что касается конкретно скорости полета, то вполне понятно, что чем быстрее самолет летит, тем сильнее на него давит встречный воздушный поток (скоростной или динамический напор). Отсюда логично было бы определять скорость полета в зависимости от величины этого давления. Так же как, кстати, и с атмосферным давлением и высотой. Ведь чем выше летит самолет, тем атмосферное давление ниже. О высоте, однако, поговорим в одной из следующих статей, а пока на повестке дня скорость полета.

Схема классической трубки Пито

Трубка Пито представляет собой L — образную трубку, один конец которой помещен в скоростной (воздушный :-)) поток. Этот поток в трубке тормозится, создавая в ней избыточное давление, по величине которого и можно судить о скорости потока, то есть по сути дела скорости полета, если эта трубка установлена на летательном аппарате. Вобщем-то принцип достаточно простой :-).

Однако здесь надо не забывать еще об одной важной вещи. Все, что находится внутри земной атмосферы, существует в ней под постоянным атмосферным (статическим) давлением. Мы его практически не ощущаем (если, конечно, все в порядке со здоровьем :-)), но оно есть и так или иначе оказывает влияние практически на все физические процессы, происходящие вокруг нас, то есть на всю нашу жизнь. Прямо как в фильме «ДМБ» :-):

— Видишь суслика?
— Нет…
— И я не вижу… А он — есть!

Полное давление = динамическое давление (скоростной напор) + статическое давление.

Скоростной напор выражается такой формулой Р₁ = ρV²/2.

В итоге мы имеем такое уравнение: Р = Р₀ + Р₁ = Р₀ + ρV²/2

Из него очень просто получить искомую скорость полета: V = √((2(Р — Р₀))/ρ)

Указатель скорости УС-350.

Как видите, нам, чтобы определить скорость полета, нужно измерить полное давление потока и статическое давление. Классическая трубка Пито дает только полное давление. Поэтому статику приходится измерять отдельно. Во избежание этого неудобства трубка Пито была усовершенствована.

Схема работы трубки Прандтля (ПВД).

Работа указателя скорости неплохо показана в этом небольшом ролике.

Трубка Пито под крылом самолета Cessna 172.

Чаще используются так называемые комбинированные ПВД. Они по конструкции представляют собой типичные трубки Прандтля. Эти устройства обязательно снабжаются мощной системой электрического обогрева, так как небольшие отверстия для замера давлений при обледенении самолета вполне могут быть закупорены льдом, что, конечно, может помешать их корректной работе. На стоянках приемники воздушных давлений закрываются специальными заглушками или чехлами для исключения попадания посторонних предметов и грязи в отверстия.

Типичный ПВД современного самолета.

Приемник воздушного давления на СУ-24М (цифры 1 и 2).

Воздушная скорость (самая важная :-)). Она делится на два вида:

Истинная воздушная скорость ( True Airspeed ( TAS ) ) и Приборная воздушная скорость ( Indicated Airspeed ( IAS ) )

Приборная скорость – эта та скорость, которую летчик видит в своей кабине на приборе-указателе скорости. Она используется для пилотирования летательного аппарата непосредственно в данный момент времени.

Истинная скорость – это фактическая скорость полета самолета относительно воздуха. Она используется для навигации. Зная ее, например, рассчитывается время прибытия в конечный пункт маршрута и возможные при этом отклонения. Измерить эту скорость обычно невозможно. Она рассчитывается с использованием приборной скорости, давления воздуха и его температуры. При этом учитываются погрешности указателя приборной скорости. Они всегда есть, как у любого измерительного прибора на нашей земле :-). Эти погрешности (или ошибки) бывают:

Путевая скорость (Ground Speed ( GS )). Это скорость летательного аппарата относительно земли. Она рассчитывается на основании истинной скорости с учетом скорости ветра и используется при решении навигационных задач.

P.S. В заключении предлагаю вам посмотреть дополнительный ролик, рассказывающий о трубках Пито и Прандтля.

74 Комментариев: Скорость полета самолета и трубка Пито.

Полета самолета определяют 5 скоростей. Пилот имеет на борту первую скорость из этой цепочки, а ему нужна пятая по счету.

IAS — получается на борту как разность давления (см. статью). Поскольку прибор как любое механическое устройство имеет свою погрешность (зазоры, трение и пр.), то его показания надо корректировать, и получается IAS*=IAS+dVпр. Однако, механика стала сверхточной, приборы подешевели и доступны всем, от дешевых самолетов до самых дорогих, то в последних нормах лётной годности эта поправка строго нормирована, не более от 2 до 5 км/ч, то все приборы и показывают скорость с этой точностью, и приборную поправку можно больше не учитывать, используя просто IAS. Именно эта скорость записана в РЛЭ, по ней и пилотирует самолет пилот. Но есть особенность — это очень «грязная» скорость. Видя на приборе скорость 500 км/ч, это вовсе не означает, что самолет каждый час пролетаете 500 км. Подробности ниже.

CAS — calibrated airspeed, или индикаторная земная скорость. Любое тело летящее в воздухе создает вокруг себя поле давлений, или по-простому — ударную волну (это если уж со сверхзвуковой скоростью). А у нас есть ПВД и мы им измеряем давление. Для дозвукового самолета искажение поля давления распространяется на 1…2 характерных размера объекта (очень условно и примитивно, но примерно так). Например, у моего самолета хорда крыла 1,3 м, а искажение поля статического давления перед крылом распространяется на 2 м. Штанга же ПВД расположенная в носке крыла имеет длину 0,75 м (а длиннее нельзя — сломается, или делать ее из чугуна). Конечно же статическое давление измеряется с искажениями. К тому форма поля статического давления зависит от положения закрылков и угла атаки (а те в свою очередь — от скорости полета, массы самолета, и понеслись по всему учебнику…). Чтобы это учесть, в лётных испытаниях определяют «вранье ПВД», искажение измерения статического давления, и потом приборную скорость IAS корректируют (калибруют) — добавляют аэродинамическую скоростную поправку ПВД: CAS = IAS + dVа.

EAS — индикаторная скорость. Если самолет летит быстрее 400 км/ч, то воздух начинает проявлять эффект сжимаемости, что тоже влияет на измерения. По спец.таблицам для любой высоты и скорости полета можно посмотреть поправку на сжимаемость и добавить ее: EAS = CAS + dVсж. Если скорость полета меньше 400 км/ч, то сжимаемость не учитывается — EAS = CAS, соответственно. Пересчитывая IAS в CAS или EAS уже можно сравнивать характеристики конкретного самолета на разных режимах полета: даже если IAS будут разные, но CAS/EAS одинаковые, то и аэродинамические характеристики самолета одинаковые. Именно в этих скоростях записаны все нормы летной годности, по которым проектируют самолеты. Например, у самолета определили скорость сваливания, Vs = 113 км/ч, то если повторять режим сваливания на этом самолете с разными приборами и разными ПВД на разных скоростях, то IAS конечно же будет разной, но самолет сваливаться будет на одной и той же CAS/EAS, что и требуется.

TAS — истинная скорость. Скорость в невозмущенном воздухе без ветра (поэтому в русс. есть еще синоним — воздушная, вносящий не мало путаницы. Ведь все приведенные здесь скорости, кроме последней — воздушные). Поскольку самолет летает в реальной атмосфере, на разной высоте и при разной погоде, то температура и давление всегда разное, в разных комбинациях. Но аэродинамики и нормы лётной годности пользуются только стандартной атмосферой МСА, где стат.давление отсчитывается от стандартного, от 760 мм рт.ст. при +15°С. Стало быть, чтобы сравнивать характеристики самолета с нужно пересчитывать IAS в скорость на высоте полета.
Все очень просто — нужно сравнить плотность воздуха на высоте полета Rн (зная температуру и давление на этой высоте) с плотностью стандартной атмосферы у земли Ro (+15/760) и добавить эту поправку к скорости: TAS = EAS (CAS) / SQRT (Rн/Ro). Именно по этой скорости делают расчет самолета аэродинамики, и продувают аэродинамические модели в своих трубах.

А еще эту же скорость TAS используют штурманы в расчетах. Зная скорость и направление ветра U, векторно складывая ее с TAS получают путевую скорость W или GS, скорость движения самолета относительно земли.
GS — путевая скорость, и она единственная во всей цепочке — уже не воздушная. Нанося ее вектор на карту можно рассчитать время полета и проходимое фактическое расстояние на данной высоте и при данном ветре. Что-то изменилось — считай всю цепочку заново. Вот такой длинный путь от цифры на приборе в кабине пилота до линии на карте штурмана. Поэтому то раньше и были штурманы в экипаже!

Сейчас уже заканчивают свою жизнь доплеровские измерители скорости и сноса (ДИСС), зато на каждом самолете стоят GPS/GLONASS, которые сразу же выдают и вектор путевой скорости (ФПУ или TRK) и ее величину (GS). А чтобы следить за безопасной скоростью в полете и не напрягать пилота расчетом или розыском в РЛЭ по таблицам нужной скорости на самолетах ставят вычислители воздушной скорости, в которые уже введены данные о всех поправках ПВД/сжимаемости, текущей массе самолета, получают текущие данные о забортной температуре и давлении, о давлении и температуре на аэродроме посадки, о конфигурации самолета. Вычислитель ежесекундно рассчитывает опасные CAS/EAS для конкретной ситуации, потом переводит в IAS и рисует красный сектор на электронном указателе скорости, за который пилоту и автопилоту заходить нельзя. Пилот же как и раньше продолжает пилотировать самолет глядя на IAS.

Вот так сегодня разорвалась 100-летня цепочка вычислений воздушных скоростей самолета… Но физика процесса — не изменная.

Интересно, а почему нельзя производить корректировку скорости в воздухе, используя сигналы GPS?

Источник

Скорость полета

При измерении и указании воздушной скорости (см. Указатель воздушной скорости ) необходимо различать две важные системы отсчета:

Оглавление

Скорость относительно воздуха (путешествие, воздушная скорость)

Метод измерения

В принципе, измерение с помощью трубки Пито зависит от плотности воздуха (уменьшающейся вверх) в той же степени, что и подъемная сила крыльев, поэтому влияние плотности воздуха учитывается автоматически. Таким образом, метод измерения предлагает хорошую основу для оценки летных характеристик.

Измерение через трубку Пито все еще содержит ряд мешающих влияний. Поэтому делаются несколько уровней коррекции. Некоторые из этих разрушительных воздействий становятся заметными только на высоких скоростях или на больших высотах, и поэтому ими можно пренебречь в любительских полетах, но они важны для коммерческой авиации.

Каждый промежуточный результат соответствующих уровней коррекции имеет собственное обозначение:

Нескорректированная воздушная скорость (IAS)

IAS актуален только для небольших самолетов, так как CAS отображается непосредственно для более крупных самолетов.

Скорректированная воздушная скорость (CAS)

Вытеснение воздуха через фюзеляж самолета создает волну давления, похожую на носовую волну корабля. Эта волна давления приводит к искажению результата измерения, который зависит от типа самолета и места установки трубки Пито. Здесь говорят об ошибке прибора и установки (ошибка статического источника ).

Если измерительная шкала не была откалибрована для конкретного типа воздушного судна, отображаемое значение корректируется с помощью таблицы или формулы расчета, указанной в техническом руководстве для данного типа воздушного судна. В случае малых самолетов и их малых скоростей погрешность обычно остается настолько незначительной, что ею можно пренебречь.

Эквивалентная воздушная скорость (EAS)

Другая ошибка измерения трубки Пито значительно увеличивается с увеличением скорости: сжатие воздуха.
Поскольку воздух перед трубкой Пито сжимается, в трубке Пито наблюдается более высокая плотность воздуха, чем на самом деле. Поскольку погрешность вначале увеличивается медленно с увеличением скорости, информация о скорости, при которой необходимо учитывать погрешность, значительно варьируется в диапазоне от 100 до более 250 узлов.

Эта поправка играет довольно незначительную роль при взлете и посадке, потому что скорости ниже.

Однако, если скорость приближается к скорости звука, вместо этого на первый план выходит число Маха. (см. раздел ниже)

Для небольших самолетов EAS по-прежнему согласуется с достаточным приближением к CAS или даже IAS из-за малых скоростей и высот и не требует отдельного определения.

Истинная воздушная скорость (TAS)

Для коммерческих самолетов, которые покрывают большую территорию с разной плотностью воздуха и скоростью от взлетно-посадочной полосы до вершины, эту поправку очень сложно рассчитать, поскольку также необходимо учитывать, что сжатие воздуха также нагревает его. Измеренные температуры необходимо соответствующим образом скорректировать.

На практике TAS вычисляется из CAS, поэтому два шага расчета объединяются (CAS → EAS → TAS). Расчет довольно сложен для высоких скоростей. Если TAS не рассчитывается с использованием компьютерного дисплея, его можно выполнить в итеративном расчете с использованием полетного калькулятора (логарифмическая линейка, аналогичная логарифмической линейке, с дополнительными вспомогательными шкалами и таблицами).

Für Kleinflugzeuge und ihren Einsatzbereich können wiederum vereinfachte Formeln herangezogen werden bzw. vereinfachte Anzeigeinstrumente eingesetzt werden, bei denen zum Beispiel die TAS ermittelt wird, indem der Skalenring verdreht wird und dabei die sogenannte Druckhöhe mit der Außentemperatur zur Deckung gebracht wird (siehe Abbildung von einem Fahrtmesser на самом верху). Однако для больших высот и высоких скоростей такие инструменты были бы совершенно непригодны.

Для пилотов малой авиации применимо следующее эмпирическое правило первого приближения :

Например, на высоте 5000 футов при отображении IAS 100 узлов и аналогичной CAS TAS на 5 * 2% = 10% выше, то есть на 110 узлов TAS.

формула

В принципе, действует следующая зависимость:

V Т А. С. знак равно V Э. А. С. ⋅ ρ Я. N А. ρ р е а л <\ displaystyle V _ <\ mathrm > = V _ <\ mathrm > \ cdot <\ sqrt <\ frac <\ rho _ <\ mathrm >> <\ rho _ <\ mathrm < реальный>>>>>>

ρ Я. N А. знак равно 1,225 k грамм м 3 <\ displaystyle \ rho _ <\ mathrm > = 1 <,>225 \, <\ frac <\ mathrm > <\ mathrm >>>>	: Плотность воздуха в стандартной атмосфере ИКАО.
ρ р е а л <\ displaystyle \ rho _ <\ mathrm >>	: Плотность воздуха на текущей высоте.

Однако на практике эта формула помогает лишь в ограниченной степени, так как плотность воздуха нельзя измерить напрямую, ее следует оценивать по давлению и температуре воздуха.

Источник

Скорость

Содержание

Воздушная скорость

Скорость ЛА относительно воздуха. Различают два вида воздушной скорости:

истинная воздушная скорость (TAS)

Действительная скорость, с которой ЛА движется относительно окружающего воздуха за счёт силы тяги двигателя(ей). Вектор скорости в общем случае не совпадает с продольной осью ЛА. На его отклонение влияют угол атаки и скольжение ЛА;

скорость по прибору (IAS)

Скорость, которую показывает прибор, измеряющий воздушную скорость. На любой высоте эта величина однозначно характеризует несущие свойства планера в данный момент. Значение приборной скорости используется при пилотировании ЛА;

Путевая скорость (GS)

Скорость ЛА относительно земли. Зависит от воздушной скорости, скорости и направления ветра. Значение рассчитывается или измеряется при помощи технических средств самолётовождения. Используется при решении навигационных задач.

Крейсерская скорость

Число М (число Маха)

Число́ Ма́ха — в механике сплошных сред — отношение локальной скорости потока к местной скорости звука. Зачастую используется упрощённое определение числа Маха как отношения скорости тела, движущегося в газовой среде, к скорости звука в данной среде. Такое определение не вполне корректно, так как скорости потоков в окрестностях движущегося тела зависят от его формы.

Чаще всего такое определение используется в оценочных характеристиках ЛА: их скорость задаётся безразмерным числом в формате «M n «, где «n «-десятичное число. Например, «скорость M 2 » — обозначает что скорость летательного аппарата в 2 раза превышает скорость звука. Пересчёт такой скорости в линейную скорость затруднён, так как скорость звука в воздухе зависит от его плотности (и, соответственно, высоты полёта) и температуры. Вместе с тем шкала скоростей Маха широко применяется в авиации, так как аэродинамические свойства и условия обтекания летательных аппаратов при близких значениях числа Маха также близки.

VMO/MMO

Максимальная эксплуатационная (допустимая) скорость. Скорость, которую нельзя превышать ни при каких условиях. Для выражения служит приборная воздушная скорость в узлах или число М.

Минимальная приборная скорость (с внесенными аэродинамической и инструментальной поправками), при которой самолет управляем в заданных условиях.

Скорость сваливания в посадочной конфигурации.(минимальная скорость в посадочной конфигурации)

V1 зависит от многих факторов, таких, как: метеоусловия (ветер, температура), состояние покрытия ВПП, взлетный вес самолёта и другие. В случае, если отказ произошёл на скорости, большей V1, единственным решением будет продолжить взлёт и, затем произвести посадку. Большинство типов самолётов ГА сконструированы так, что, даже если на взлёте откажет один из двигателей, остальных двигателей хватит, чтобы, разогнав машину до безопасной скорости, подняться на минимальную высоту, с которой можно зайти на глиссаду и посадить самолёт.

Расчетная маневренная скорость. Максимальная скорость, при которой можно производить полное отклонение управляющих поверхностей, не перенагружая конструкцию самолёта.

Скорость начала подъёма передней опоры шасси.

Безопасная скорость для взлёта.

Расчетная скорость посадки.

Заданная скорость пересечения входной кромки ВПП.

Максимально допустимая скорость с выпущенными закрылками.

Максимально допустимая скорость с выпущенными шасси.

Максимальная скорость выпуска/уборки шасси.

Непревышаемая скорость. Скорость отмеченная красной чертой на индикаторе воздушной скорости.

Скорость оптимального набора высоты. Скорость, при которой самолет наберёт максимальную высоту за кратчайшее время.

Скорость оптимального угла набора высоты. Скорость, при которой самолёт наберёт максимальную высоту при минимальном горизонтальном перемещении.

Вертикальная скорость

Изменение высоты полёта за единицу времени. Равна вертикальной составляющей скорости ЛА.

Скорость ветра

Скорость горизонтального перемещения воздуха относительно земной поверхности. Скорость ветра обычно определяется в метрах в секунду, узлах и километрах в час.

Единицы измерения

В авиации чаще всего применяются:

Источник

Скорость самолета. Приборная, истинная, путевая…

Возможно, вы удивитесь, но в авиации все совсем не так как в автомобилестроении. У вас в машине один спидометр который показывает скорость вашего движения. Все просто, чем быстрее вращается колесо, тем выше скорость, у нее всегда одно значение — скорость относительно земли.

Но вот какая история, у самолета все иначе, скоростей здесь гораздо больше.

Приборная скорость (Indicated Airspeed)

То что показывает «спидометр» пилота называется приборная скорость или приборная воздушная скорость.

Дело в том, что для измерения скорости полета самолета используется приемник воздушного давления, то есть скорость измеряется относительно потока воздуха, в котором движется самолет, с допущением, что за бортом так называемые «нормальные условия» (давление 760 мм ст, температура +15 и влажность 0%). Но они ведь не всегда такие, правда?

Истинная скорость (True Airspeed)

Идем дальше и обнаруживаем истинную воздушную скорость. Это скорость с учетом поправок. Учитывается инструментальная поправка (ведь прибор сам по себе может давать погрешность) аэродинамическая, волновая (возникновение скачков уплотнения на сверхзвуковых и близких к ним скоростях) и методическая.

На высоте уровня моря обе скорости совпадают, а вот с увеличением высоты полета истинная скорость начинает расти и на высоте 12 км истинная может быть в 2 раза выше приборной скорости. Растет разница и с увеличением скорости полета.

Есть несколько типов указателей скорости (авиационный спидометр): показывающей приборную скорость, показывающий истинную скорость, показывающий приборную скорость и число М и т. д… В общем, исходя из типа самолета приборы могут быть разными.

Указатель скорости самолета DC-10

Эквивалентная скорость (Equivalent Airspeed)

Скорость применяемая для расчетов инженерами, она учитывает сжимаемость воздуха. Прибора показывающего ее нет.

Скорости выше «воздушные». А вот и:

Путевая скорость (Ground Speed)

Это скорость самолета относительно земли, а не воздуха. В современном мире она измеряется с помощью GPS. Суть в том, что, например, при встречном ветре скорость самолета относительно земли будет меньше, чем при попутном, а относительно воздуха не изменится. Поэтому, зная скорость относительно воздуха и скорость ветра можно вычислить свою путевую скорость.

Вертикальная скорость

Это скорость набора высоты или снижения. Имеет значения во время взлета и посадки.

Число Маха

Фактически число М, это скорость относительно скорости звука.

В принципе, для пилота самой важной является приборная скорость, она влияет на динамику полета, число М важно для понимания, не превысил ли пилот допустимое его значение. Истинная и путевая скорости важнее для навигации, эквивалентная — для расчетов.

Источник