气压高度计的使用

Altimeter 高度计
Barometer 气压计

1. 高度计需要以标准大气压作为基准

气压高度计的原理是根据测量大气压,把压力转换成高度刻度显示出来。
但是大气压力与高度的关系并不是一个简单的可以用公式表现出来的,
比如离地面越低,空气的密度越大;离地面越高,空气的密度越低;
另外在同一个大气压下,温度的变化对高度有明显的影响,
所以单纯从压力读数上是无法得到一个可以信赖的高度数值的。

解决这个问题的办法是设定一个特定的天气条件,即标准大气,
在这个条件下,高度和气压/温度的关系就可以得到一种近似平均分布的模式。

标准大气的定义如下:
1。温度条件
于海平面高度,温度为15度
在11000米以下,高度每增高1000米,温度降低6.5度
在11000米以上,温度维持在零下56.5度
2。气压条件
海平面的气压为一个大气压,即29.92英寸汞柱,1013.2百帕。
3。重力加速度条件
纬度45度下,g=9.8米/秒^2
4。空气成分
空气中不含有水蒸气

在标准大气下,可以得到如下高度,气压和温度的转换关系:

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近似的可以记住"每增加高度1000英尺,大气压力会降低1英寸汞柱,气温降低2摄氏度"就行。

有了标准大气作为参考,于是气压高度计上的刻度就根据上面的条件制造出来了。
比如温度13度/气压28.86英寸汞柱时高度刻度调整到1000英尺,
温度9度/气压26.81英寸汞柱时高度刻度调整到3000英尺等等。

2. 为什么要对高度计进行校正

只要天气符合标准大气条件,高度计的读数就可以认为是正确的高度。
问题是在现实生活中,这样的理想天气是不存在的,
因此可以认为,气压高度计的读数总是会存在着误差。

所以结论就是,对于气压高度计的使用,一定要对仪表进行校正才能得到正确的结果!

但是,我们也必须要知道,使用气压高度计的目的不是为了得到一个精确的飞行高度值,
它的真正目的在于为了保证飞行的安全!

由于天空中飞行的飞行器都使用了相同的校正数值,
因此飞机之间的高度差才可以得到保证:
VFR东行的飞机使用奇数倍1000英尺+500英尺高度,
VFR西行的飞机使用偶数倍1000英尺+500英尺高度,
大家彼此使用不同的高度,相互错开1000英尺,这样就大大减少了相撞的危险。


3. 对气压进行校正

3.1 Kollsman window

气压高度计上一般都有这个一个"高度计气压调定窗(Kollsman window)",

通过调整左下方的旋钮,就可以对高度表进行气压校正。

那么需要把校正值设定到多少呢?
一般来说这里有3个气压值可以使用,即QFE,QNH,QNE。
话说这3个名词很不好记忆,因为它们不是什么单词的缩写,
而是很久以前就开始使用的3个摩尔斯电码代码,所以只能死记硬背了。

3.2 QFE

"场面气压QFE"是机场水平高度的气压,FE可以用"Field Elevation"来记忆。
飞行员如果用QFE的高度计设定来校正高度表,那么在机场上高度表的指针就会指向0英尺。

设定到QFE后的飞机飞行高度叫做QFE气压高度。

3.3 QNH

"修正海平面气压QNH",顾名思义即把当地气压计压力修正到海平面时的气压,
NH可以用"Not Here"来记忆。
飞行员如果用QNH的高度计设定来校正高度表,
那么在飞机上高度表的指针就会指向该机场的海拔高度,这也是航图上所标注的机场数据。
因此在机场附近进行起飞,爬升,下降以及着陆过程时都需要以QNH值为标准来拨正高度表。
这样就保证了所有起飞降落的飞机都使用同一个标准来测定飞行高度,
防止撞地/飞机相撞或者异常接近等事故的发生。

QNH可以通过塔台ATC,机场通播ATIS,天气报告METAR等方法来获取,
本站内已经有不少的介绍文章,所以这里也不做多解释。

关于ATIS 自动终端情报服务
台风时的机场通播ATIS是什么样的?
METAR 航空例行天气报告 格式总结
美国国家海洋和大气管理局NOAA提供的免费天气信息

要注意气压校正和高度指示的关系。
如果气压校正调整值大于当前设定值的话,即使飞行高度没有变化,高度表指示也会增大,
相反的,
如果气压校正调整值小于当前设定值的话,即使飞行高度没有变化,高度表指示也会减小。

举一个例子来说,从东京飞到大阪,东京的QNH为29.92,大阪的QNH为28,86。
在东京校正到2992以后爬升到巡航高度4000英尺,如果到达大阪以后没有进行校正,
由于大阪的气压低于东京,高度计指示会逐渐升高(因为高处气压低),
飞行员为了维持4000英尺的指示值,就会渐渐降低飞机高度。
因此如果没有校正到当地QNH的话,飞机的飞机高度就会低于4000英尺,
最终达到3000英尺的高度。

可想而知这是一个多么危险的事情。
飞行员认为自己处于4000英尺高度,但是实际高度为3000英尺,
如果飞机黑夜里或者在云中飞行看不到周围障碍物,
而路线前方有一座3100英尺的山的话,毫无疑问飞机就会撞山失事。
同样的,如果飞机从一个高温地带飞到低温地带,
高度计指示也会高于实际高度,飞行员一定要注意观察周围,防止事故发生。

下面再看一下如果飞行员在进入大阪情报区后调整了校正以后会发生什么事情。
从2992设定到2886以后,飞行高度没有变化,但是仪表指示值会变小,
飞行员为了维持4000英尺高度,必须加大油门并爬升到该高度。

从上面这个例子可以看出,气压高度计的指示只能提供一个相对准确的高度数据,
在飞行的各个阶段,飞行员需要不断校正,并且根据需要不断调整飞行高度。

3.4 QNE

"标准大气压QNE"是指在标准大气条件下海平面的气压,其值为1013.2百帕(29.92英寸汞柱)。
QNE的记忆方法还真没有,只好记住QFE和QNH,剩下那个就是QNE了。

在机场附近可以以QNH值来做标准,但是在机场之间飞行时,气压的变化不定,
也不可能在地面或者海洋上设立无数的测量站来测定QNH,
所以这时候所有的飞机都统一使用一个标准,即QNE的话,
那么就可以简化高度表拨正并保证空中安全了。

那么什么条件下把QNH调整到QNE呢?按照规定有一个过渡高度,
当QHN超过这个高度以后,飞行员就需要把高度计设定至QNE,
也就是29.92英寸汞柱,1013.2百帕。
另外每个国家对过渡高度的规定不一样,比如上升时中国为3000米,
日本为14000英尺,美国为18000英尺,英国为6000英尺,新加坡和泰国为11000英尺。
有时候可以在日本的航图上看到"altimeter setting changing line",
经过这条线时就需要调整过渡高度了。

使用QNE校正后的仪表指示高度叫做"压力高度PA(Pressure Altitude)"。

在压力高度下,由于气压的变化,飞机的飞行高度也是在不断变化。
比如从旧金山飞到东京,飞机的实际高度可能会象下图一样高高低低的,
但只要所有飞机都使用同一2992校正值,那么它们的垂直间距就可以得到保证,
也就保证了飞行安全。


4. 怎么才能知道实际飞行高度?

一般来说小型飞机飞行中使用QNH气压高度和压力高度PA就够用了,
但是实际飞行高度怎么计算,对飞机性能有影响的密度高度怎么计算这些知识还是需要掌握的,
下面我就试着总结一下。

PA(Pressure Altitude) 压力高度
即上面提到的QNE气压高度,标准大气压条件下,校正设定于2992时的高度计指示高度。

IA(Indicated Altitude)指示高度
高度计的指示值

CA(Calibrated Altitude)修正高度
由于仪表误差,对于IA进行修正后得到的高度值。
一般来说所有的机械电子仪表都会存在或大或小的误差,比如在某海拔100英尺的机场,
如果在QNF设定后高度表指示为120英尺,那么可以认为该高度计存在+20英尺的误差。
这个误差可以在维护期间进行调节,但是在进厂维护前只要把IA加上或者减去这个误差,
还是能够继续使用该高度计。
因此这里对误差修正后得到的高度就是CA。

TA(Ture Altitude)真高度
相对于海平面的飞机的实际飞行高度。
一般来说小型飞机上没有能够直接测量出真高度的仪表,
但是可以通过测量PA和CA(或者IA)后,在根据外部温度利用飞行计算尺就计算出来这个高度。

DA(Densiy Altitude)密度高度
密度高度是对PA进行温度校正后得到的高度值。
为什么需要密度高度这个指标?因为密度高度用于计算飞机的性能,
很多飞机飞行手册或者操作手册中的指标都是基于密度高度的,
所以知道这个高度对于飞行员十分关键。
比如,温度降低造成空气缩小,使得空气密度增加(较低的密度高度),飞机性能会增加,
反之,温度升高造成空气膨胀,使得空气密度降低(较高的密度高度),飞机性能降低。
小型飞机上为了计算密度高度,首先需要测量PA,然后根据飞行计算尺计算出这个高度值。

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