A repülőgépek magasság- és sebességmérése

 

· A magasság mérése
· A sebesség mérése

 

A magasság mérése

A repülőgépek talán legfontosabb műszere a magasságmérő műszer. Éjszakai repülés szinte elképzelhetetlen magasságmérő nélkül. A repülőgépek magasságát manapság több módszerrel is mérik. Bővebben csak a legrégebbi és legáltalánosabb módszerről ejtünk szót.

Egy légnyomás mérésére alkalmas műszerrel akár hegymászás közben is érzékelhetjük, hogy felfelé haladva a légnyomás csökken. Ennek ismeretében könnyen készíthetünk magasságmérő műszert. Egy egyszerű mutatós nyomásmérőt alkalmazva, csak a műszer mutatójának skáláját kell a magasság értékének megfelelően elkészítenünk. Az ilyen megoldású magasságmérő műszert manapság is minden repülőgépen használják, legyen szó motoros sárkányrepülőről, hőlégballonról, helikopterről vagy a legmodernebb vadászrepülőgépekről.

Miért ez a népszerűség? A műszer működéséhez nincs szükség villamos energiára, ezért az elektromos hálózat meghibásodása esetén is működőképes marad. Egyszerű felépítése miatt nagyon csekély a meghibásodás lehetősége.

A külső légnyomást egy csövön vezetik a gép törzsén kialakított nyílástól a magasságmérőhöz (nyomásjelző műszerhez). Ezek a nyomásérzékelő nyílások a repülés irányára merőleges felületeken vannak elhelyezve.

Ha a nyílások a repülés irányába állnának, akkor repülés közben a sebesen áramló levegő bejutna rajtuk és megváltoztatná (csökkentené) a kijelzett magasságértéket.

A repülőgépek magasságmérői bonyolultabbak, mint egy egyszerű nyomásmérő. Ezeknek ugyanis nagyon nagy nyomástartományban kell viszonylag pontos értéket mutatniuk. Ezt úgy oldják meg, hogy a mutatós karórához hasonlóan a percre pontos idő, illetve a 10 méterre pontos magasság megállapításához két mutatót használnak. Az alábbi ábrán a rövidebb mutató jelzi a kilométereket, a hosszabb a százmétereket. Látható, hogy a számlapon tíz méterenként van egy osztás, így tehát kb. tíz méteres pontossággal olvasható le a magasság értéke. Az is megfigyelhető, hogy ezzel a magasságmérővel a maximálisan kijelezhető magasság 10 km.

A magasság pontos mérését nehezíti, hogy a magasság növekedésével a levegő hőmérséklete csökken (10km-en már –50°C körüli). Emiatt megváltoznak a nyomásmérő szerkezeti elemeinek (pl. rugók, membránok) rugalmassági tulajdonságai. Az ilyen hibákat természetesen az alkalmazott magasságmérők jó hatásfokkal kiküszöbölik.

Akár otthon is megfigyelhetjük, hogy állandó magasságban elhelyezett, mondjuk egy szögre akasztott barométer (nyomásmérő) is óránként leolvasva, lassan változó nyomásértéket mutat. Ez az időjárás alakulásának egyik velejárója, de egyúttal a magasságmérés egyik nehezítő tényezője is. Ez a magasságmérők mutatásában a következőképpen jelentkezik: tegyük fel, hogy áll egy repülőgép a parkolóhelyén és a magasságmérője nullát mutat. Néhány óra alatt az időjárásváltozások miatt a nyomás lecsökken, így a magasságmérő már akár 50 méteres magasságot is mutathat. Veszélyesebb a helyzet, ha egy nullát mutató magasságmérőjű repülőgép száll fel, és néhány óra múlva, leszálláskor a magasságmérő 50m-es mutatásánál a gép kereke már a leszállópályára ér.

A fenti probléma feloldására a magasságmérőkön található egy kézi beállító szerkezet, amellyel a magasságmérő a földön nullázható, és akár a levegőben is beállítható a helyes magasságérték. Ez utóbbi úgy történhet, hogy a gépszemélyzet a földi irányítástól rádión megkapja a leszállópálya szintjén levő légnyomás értékét és ennek segítségével beállítja a gép magasságmérőjét.

Rádiómagasságmérő

Kis magasságokban (1 km alatt) jól alkalmazható a rádiómagasságmérő, amellyel földközelben akár 0,5m-es pontossággal is megállapítható a repülőgép magassága. Ez a szerkezet rádióhullámokat bocsát ki a föld felé és méri a visszaverődésük idejét, ami arányos a magassággal. A rádiómagasságmérő hamis eredményt szolgáltat vízfelszín fölött és a repülőgép túlzottan ferde helyzete esetén.

Műholdas helyzetmeghatározás

A Föld köré telepített amerikai műholdas navigációs rendszer (GPS) segítségével meghatározható a repülőgépek tengerszinttől mérhető magassága jobb, mint 1m-es pontossággal. A repülőgépen elhelyezett műholdvevő berendezés a négy legközelebbi műhold jeléből kiszámítja a repülőgép helyzetét, így a magasságát is.

A járművek sebességének méréséhez keresnünk kell valamilyen mennyiséget, amely arányos a jármű sebességével és könnyen mérhető. Szárazföldi járművek esetében ez könnyű, a meghajtás valamely alkatrészének fordulatszámát mérik, a műszer előlapján viszont sebességértékek vannak feltüntetve. Repülőgépeknél ez a módszer természetesen nem alkalmazható. Keresnünk kell valami más, a sebességgel arányos mennyiséget.

Kerékpárnál, és motorkerékpárnál még inkább megfigyelhetjük, hogy a sebesség növekedésével egyre erősebben érezzük a légellenállás hatását. Az "álló" levegőben mozgó tárgy ütközik a levegő részecskéivel, ami természetesen energiát emészt fel. Tehát a levegő fékezi a mozgást. Mozgásunkkal levegőrészecskéket tolunk magunk előtt, növeljük azok mozgási energiáját. Mivel a mozgási energia nagysága a sebesség négyzetével arányos, kétszeres sebességnél már kb. négyszeres ellenállást érezhetünk. (Persze a légellenállás a mozgó test alakjától is függ.)

A repülőgépek sebességmérője az áramló levegő ellenállását, az úgynevezett torlónyomást érzékeli a következő egyszerű szerkezettel. Egy áramvonalas test orr részében levő furat van összekötve a sebességmérővel valamilyen cső segítségével. A furat a repülés irányába néz, hogy az áramló levegő bejuthasson rajta. Valójában a levegő részecskéi bejutnak a furaton és feltorlódnak a cső belsejében, létrehozva ezzel a torlónyomást, amely arányos a sebességgel. Ezt a levegőbe kinyúló nyomás érzékelő "fejet" első alkalmazója után Pitot-csőnek nevezik.

A sebességmérés ilyen módjánál sajnos figyelembe kell venni egy fontos tényezőt, a magassággal arányos nyomáscsökkenést. Ahogy emelkedünk, a levegő nyomása, illetve sűrűsége csökken, ezért ugyan olyan sebesség esetén csak kisebb torlónyomás jön létre. (A levegő magassággal arányos nyomáscsökkenése kapóra jött a magasság-, de nehézséget okoz a sebességmérésnél.)

Tehát a sebességmérő csak abban az esetben tudja a helyes sebességértéket kijelezni, ha ismeri a repülőgépen kívüli levegő sűrűségét, és a kijelzendő értéket ennek megfelelően állapítja meg. Ez könnyen megoldható, ha a külső légnyomást (a magasságmérőhöz hasonlóan) is bevezetjük a sebességmérőbe.

A repülőgépeken általánosan alkalmazzák az alábbi felépítésű magasság- és sebességmérő rendszert. A levegőbe kinyúló nyomás érzékelő "fejet" első alkalmazója után Prandtl-csőnek nevezik. Itt a torlónyomás furata és a külső légnyomás érzékelő nyílásai is egy, a repülőgép törzséből kinyúló áramvonalas rúdon vannak. (A repülőgép törzse körül a kiálló kisebb-nagyobb alkatrészek és felületi egyenetlenségek miatt a levegő nem képes zavartalanul áramlani, örvényeket képez, amelyek meghamisítják a nyomásértékeket. Ezért előnyös ez a kinyúló felépítés, és ezért helyezik el a Prandtl-csövet a repülőgépek orr-részében, illetve légcsavaros repülőgépek esetében a légcsavartól távol, a szárnyvégen.)

Az ilyen kialakítású sebességmérők kis sebességeknél (50km/h alatt) nem alkalmazhatók a torlónyomás nagyon alacsony volta miatt. Ezért például sárkányrepülőknél az alábbi Venturi-csöves sebességmérőt alkalmazzák.

Itt a levegő átáramlik a Venturi-csövön és a szűkített részen felgyorsul az áramlása. A két különböző keresztmetszetű részben különböző nyomás van jelen, amelyek különbsége arányos az áramlás sebességével, vagyis a repülőgép sebességével.

A függőleges sebesség mérése

Nem szabad megfeletkeznünk arról, hogy a repülőgépek nem csupán az orr-részük irányában mozognak (például megfigyelhetjük, hogy a leszálló utasszállítók orr-része, süllyedésük ellenére is felfelé néz). Ezért szokás a fenti sebességértéken kívül mérni még a függőleges sebességet is. A repülőgép orr-irányú sebessége és a függőleges sebesség csak akkor egyezik meg, amikor a gép függőlegesen emelkedik, amelyre a legtöbb repülőgép csak rövid időre képes, a nagy utasszállítókat pedig nem is szabad ilyen helyzetbe kormányozni.

Nagy érzékenységű sebességmérés

Helikopterek egyhelyben lebegésekor a lassú elmozdulásokat – különösen 50m fölött vagy erősebb széllökések esetén – a vezető nehezen tudja észlelni és korrigálni. Ennek elősegítésére építhető be nagyon érzékeny sebességmérő, amely a vízszintes irányokban (előre-hátra, jobbra-balra) jelzi a gép sebességét. A vezető feladata ezeket a sebességértékeket nullán tartani. (A helikoptervezetés talán legnehezebb feladata a lebegés.)

Műholdas sebességmérés

Mivel a műholdas navigációs berendezés bizonyos időközönként kiszámítja a repülőgép térbeli helyzetét, az így kapott eredményekből kiszámíthatja azt is, hogy az eltelt idő alatt a repülőgép milyen távolságot tett meg. Ez pedig megadja a repülőgép sebességét (sebesség = a megtett út / az út megtételéhez szükséges idő). Ez persze az adott időtartamra vonatkozó átlagsebességet jelenti, de ha az időtartam elég rövid (<1s), az érték pillanatnyi sebességnek vehető.

  Tudomány és Technika (test@t-es-t.hu)

Vissza az oldal elejére