Бортовые измерительные приборы – это устройства для контроля полета. По выполняемым в полете функциям бортовые измерительные приборы можно разделить на приборы для контроля параметров полета и приборы для контроля параметров самолета. С течением времени сложилось практически идеальное расположение всех рычагов управления, измерительных приборов и прочих вспомогательных устройств кабины экипажа. Самые важные приборы для контроля параметров полета – чаще всего расположены на левой части передней приборной панели, устройства навигации находятся посредине, а приборы за контролем двигателей установлены справа.
Приборы для контроля параметров полета. Для постоянного поддержания самолета в безопасном состоянии во время полета, встраиваются некоторые относительно простые измерительные приборы. Как правило, самолет может вращаться вокруг своих вертикальной, продольной и поперечной осей. Эти изменения положения во время совершения визуального полета могут оцениваться и выравниваться по линии горизонта. Если горизонт или другие ориентиры невозможно обнаружить, пилот задействует специальные измерительные устройства, различные гироскопические приборы, в чьи функции входит заменить естественный горизонт и естественные расчетные точки. Гироскопические приборы также могут использоваться для удержания направления с поддержкой магнитного компаса или без него и для определения угловых скоростей. Для совершения полетов большими пассажирскими самолетами на больших высотах – важно определить положение струйного течения. Это возможно сделать при помощи специального термометра. Пилот или соответственно штурман получает точные данные температуры окружающего воздуха. Благодаря высокой точности показаний, верно определяются характерные колебания температуры для струйных течений.
В качестве основного оборудования самолета для полетов по ППП (правила полетов по приборам) рассматриваются следующие устройства: указатель высоты, указатель скорости, вариометр, указатель поворота, авиагоризонт, магнитный компас, гироскоп направления, прибор для измерения подъемной силы, измеритель сноса и т.д.
Указатели высоты на барометрической основе показывают высоту полета над уровнем моря и зависимы от соответствующих показателей давления воздуха у поверхности земли и температуры воздуха, так что они имеют только условное значение для измерения расстояния до земли. Указатели высоты применяются как высотомеры малых высот, высотомеры больших высот или чаще всего, как комбинированные устройства. Благодаря использованию датчиков давления с индуктивным усилителем появляется возможность в повышении точности измерения, без запаздывания в индикации, что особенно встречается при полетах на большой высоте. На, расположенные в корпусе прибора, датчики давления (анероиды) действует изменяющееся с высотой полета давление, которое ведет к их деформации. Перемещение центра анероидной коробки переносится через систему рычагов и зубчатых колес на два указателя, которые показывают первый десяток и сотню, вторую тысячу высоты в метрах.
Радиовысотомеры используются для определения высоты над поверхностью земли. С помощью радиовысотомеров определяется высота за время прохождения сигнала, излучаемых бортовым передатчиком и после отражения от поверхности вновь записанных бортовым приемником, электромагнитных волн. Время прохождения сигнала от начала импульса до его повторного приема измеряется и считается пройденным расстоянием. Следовательно, радиовысотомеры работают подобно эхолоту, у которого электрический первичный импульс отражается от земли. Разница во времени дает достаточно точные данные о расстоянии между самолетом и перпендикулярно расположенной поверхностью земли, где точность измерения может достигать до 3 метров.
Указатели скорости показывают скорость, а именно ее величину относительно воздуха. Относительная скорость по отношению к воздуху называется воздушной скоростью и необходима для создания подъемной силы. (Абсолютная скорость – это скорость самолета по отношению к земле, „над землей“, без учета влияния ветра). По типу используемой измерительной аппаратуры различаются указатели скорости с приемником воздушного давления и всасывающего сопла. Указатель динамического напора состоит из выступающей из самолета вперед трубы, линии электропередачи и системы анероидных коробок с высокой измерительной точностью. Возникающие, благодаря разнице между статическим и подводимым через провода результирующим давлением, растяжения коробок передаются механически на указатель, который расположен над шкалой скорости.
Вариометры служат для показания скорости подъема и снижения самолета. Внутренняя часть высокочувствительных коробок, на которую снаружи действует соответствующее давление воздуха – связано с уравнивающим устройством при помощи узкой градуированной капиллярной трубки, который изолирован от колебаний температуры внешней среды. Во время горизонтального полета внешнее и внутренне давления одинаковые, внешнее давление падает при взлете и повышается при снижении самолета. При этом давлении внутри коробки сильно падает, так как через капиллярную трубку воздух выходит очень медленно. Разница в давлении между внутренней частью коробки и корпусом передается на указатель как показание скорости подъема и снижения. Деление шкалы и допустимые максимальные значения скорости подъема и снижения определяются по летным данным соответствующей модели самолета.
Указатели поворота информируют о вращении вокруг вертикальной и продольной осей, например виражи и крены и тем самым контролировать состояние в полете, что при полете по приборам с человеческими органами чувств не возможно. Также они служат для контроля скорости разворота самолета. Указатель поворота – это гироскопическое устройство. Он состоит из корпуса, в котором располагаются упруго привязанные гироскопы и установленная к указателю система передаточных рычагов. Приведение в действие гироскопа осуществляется пневматически или электрически. Вследствие инерции гироскопа при вращении самолета происходит отклонение рамы, которое благодаря указателю показывается на шкале. Под указателем находится изогнутый вниз наполненный жидкостью уровень в котором находится металлический шарик. До тех пор пока этот шарик находится посредине уровня, то самолет, совершая полет по прямой имеет горизонтальное положение, а при вираже в правильном накрененном положении.
Уровень хоть и работает как самостоятельная приборная единица, но объединена с указателем поворота в одном приборе. Такой комбинации указателя поворота и кажущейся вертикали достаточно для поддержания самолета в нормальном положении во время полета без вида наружу. Тем временем, несмотря на некоторые проделанные шаги по усовершенствованию также все еще и сегодня указатель поворота считается простым, надежным и универсальным прибором.
Искусственный (авиа) горизонт
Искусственный (авиа) горизонт – это тоже гироскопическое устройство, которое пилоту при полете по приборам заменяет невидимый естественный горизонт. Искусственный горизонт имеет гироскоп с тремя степенями свободы. Соединенные с гироскопом три горизонтальные полоски постоянно остаются в горизонтальной линии, в то время как корпус прибора крепко связан с самолетом. Положение горизонтальной полоски к значку самолета на смотровом окне корпуса показывает относительное положение самолета в пространстве (Рис. 20).
Комбинированный авиагоризонт – это бортовой прибор для полета по приборам, который представляет собой комбинацию указателя поворота и искусственного горизонта. Комбинированные авиагоризонты используются на современных самолетах, они себя хорошо зарекомендовали и обладают рядом преимуществ, прежде всего это небольшой вес конструкции, маленький диаметр, наглядное изображение и т.д. чаще всего они работают от стандартной бортовой батареи, что позволяет без всяких проблем использовать их в небольших самолетах.
Магнитный компас – это прибор для определения и контроля курса, т.е. направления полета. При хорошей видимости существует возможность в управлении самолетом по расположенным на курсе ориентирам на поверхности земли, при этом компасом производиться лишь контроль курса. А при совершении полета по приборам установленный курс управляется компасом. Классическое устройство – это магнитный компас, у которого магнитная стрелка настраивается вследствие двухстороннего влияния геомагнитного поля и магнитного поля стрелки в направлении магнитного меридиана, т.е. в приблизительном направлении „север-юг“. В авиационном компасе на месте стрелки располагается электромагнитная система из двух прочно соединенных друг с другом и с компасной розой магнитных стержней. Эта система расположена на стальном острие и имеет амортизацию для защиты от ударных волн и тряски.
Для амортизации, т.е. избежания колебания или вибрирования системы, она окружена корпусом компаса, наполненным жидкостью. Помехи вследствие магнитных металлических масс самолета могут компенсироваться вспомогательным магнитом. Растущий объем электрического и специального оборудования современных самолетов увеличивает магнитные поля возмущений в кабине экипажа. По этой причине большие самолеты оснащаются дистанционным компасом, который размещается в заднем отсеке фюзеляжа, в концевой части крыла или в каком-нибудь другом месте самолета, где магнитные поля возмущений небольшие. Этот так называемый главный компас соединен с помощью системы управления с одним или несколькими индикаторными устройствами в кабине экипажа (вторичный компас). Соединение и линия передачи между главным и вторичным компасами осуществляются пневматически или электрически.
Гироскоп направления – это дополнительное устройство для магнитного компаса самолета и используется в случае, когда нужно устранить определенные недочеты в показании компаса. Он состоит из полнокарданного подвешенного гироскопа, запускаемого электрически или с помощью набегающего потока воздуха, чья карданная рама держит настраиваемую магнитным компасом картушку компаса. Индикация этой картушки, в отличие от картушки магнитного компаса свободна от колебаний, благодаря инерционным силам, и независима от магнитных полей возмущений, так что при накрененных положениях самолета обеспечивается правильное показание индикаторного устройства.
Измерители сноса служат для определения угля сноса самолета (снос – это расстояние, вокруг которого самолет отклоняется от своего заданного курса воздушным потоком, если он не берется в расчет). Но, существует возможность в удержании курса, когда управление происходит соответственно с направлением и скоростью ветра, рассчитанным углом сноса по отношению к воздушному потоку.
Указатель сноса дает возможность производить расчеты во время полета. В большинстве случаев – это оптический прибор (перископ), с помощью которого можно измерить угол между продольной осью самолета и пролетаемым над землей направлением. Показания угла сноса можно увидеть на шкале корпуса, а также на другой шкале и таблицах скорость относительно земли при известной высоте над поверхностью земли. Имея воздушную скорость, скорость относительно земли и угол сноса можно определить все необходимые данные для удержания курса.