Барометрді орнына электронды биіктік лшеуші рылы жасау ммкіндігін зерттеу

Кіріспе                                      Aviation Organization) аймақтық аэронавигация-

1960 жылы ИКАО (Халықаралық азамат-     лық келісімге сәйкес ұшудың төменгі эшелоны тық авиация ұйымы ICAO-International Civil     белгіленгеннен басқа жағдайларды қоспағанда эшелоннан жоғары болатын 290 ұшу кезінде әуе кемелерінің вертикаль эшелонының минимумы орнатылды 600 м (2000 фут). 1966 жылы 290 эшелоны өтпелі деп танылды.

Қысқартылған эшелондауды қолдану бо-лашақта іске асатын мүмкіндік болады деп са-налған. Сәйкесінше Халықаралық азаматтық авиация ұйымының ережелерінде, осындай қысқартылған вертикаль эшелондаудың минимумы аймақтық аэронавигациялық келісім негі-зінде қолданыла алады деп бекітілген. 70-ші жылдардың ортасында отын бағасының өсуі әуе кеңістігін неғұрлым тиімді пайдалану және вертикаль эшелондауды қысқарту интервалы туралы ұсыныстарды егжей-тегжейлі талдау (RVSM reduced vertical separation minimum вертикаль эшелондауды қысқарту интервалы) қажеттілігін туғызды. Нәтижесінде ХААҰ-ның эшелондаудың жалпы тұжырымдамасын қарау жөніндегі сарапшылар тобы өзінің төртінші ке-ңесінде (1980) мынадай тұжырымға келді, шы-ғындар мен уақытқа қарамастан, вертикаль эшелондауды қысқарту интервалының миниму-мын 300 м-ге (1000 фут) дейін азайтудың по-тенциальды артықшылығы мемлекетке қажетті, кең ауқымды зерттеулер жүргізуге түрткі бо-луы керек. 1982 жылы мемлекеттер вертикаль эшелондауды қысқарту интервалын қысқарту туралы мәселені жан-жақты зерттеу бағдарла-маларын орындауға кірісті, сонымен қатар бұл жұмыс эшелондаудың жалпы тұжырымдама-сын қарау жөніндегі сарапшылар тобы тарапы-нан бақыланды. Еуропада вертикаль эшелон-дауды қысқарту интервалы 2002 жылдың 22

қаңтарынан бастап енгізілген. Ресей, Қазақстан және бірқатар орталық Азия елдерінің 2011 жылдың 17 қарашасынан вертикаль эшелондау-ды қысқарту интервалына көшкеннен кейін, іс жүзінде бүкіл әлем тұтастай RVSM-нің аймағы болды [1].

Вертикаль эшелондауды қысқарту интер-валын қолдану келесідей мүмкіндіктер береді:

• -    қосымша эшелон есебінен әуе кеңістігі-нің өткізу қабілетін арттыру;

• -    әуе қозғалысын ұйымдастыру орган-дары кінәсінен болатын кідіру ұзақтығы мен жиілігін азайту;

• -    оңтайлы крейсерлік эшелон ұсыну бо-йынша ұшқыштардың талаптарын орындау;

• -    авиаотынның шығынын азайту, яғни отынды үнемдеу.

Вертикаль эшелондауды қысқарту интервалы салыстырмалы биіктікті ұстап тұру дәл-дігі немесе салыстырмалы биіктікті ұстап тұру мүмкіндігіне әсер ететін барлық конструкциясы бірдей ұшақтарға және барлық элементтерінің дайындалуына қойылатын талаптар келесідей болады: ұшақтардың осындай тобының биіктік бойынша қателіктерінің қосындысының орташа мәні 25 м-ден аспауы керек (80 фут); стандарт-ты ауытқуының абсолют орташа мәнінің қо-сындысы 75 м. (245 фут) артық болмауы тиіс. Жыл сайынғы әлемдегі әуе қозғалысының өсу қарқыны орта есеппен алғанда 7÷10% құрайды. Мұндай өсу қарқыны әуе қозғалысының қар-қындылығын шамамен әрбір 10 жыл сайын екі еселеп отырады (1-кестеде).

1 кесте - RVSM-нің әлемнің түрлі өңірлерінде енгізілу хронологиясы

Аймақтық енгізу, мемлекет	Күні	Эшeлон диaпaзоны
Aвстрaлия	Қараша 2000 ж.	290-410
Aзия – Тынық мұхиты	24 ақпан 2000 ж.
Солтүстік Aтлaнтикa	24 қаңтар 2002 ж.
Батыс Aтлaнтикa
Батыс Eуропa
Оңтүстік Aтлaнтикa
Батыс Тынық мұхиты	21 ақпан 2002 ж.
Таяу Шығыс (Бaхрeйн, Eгипeт, Ирaн, Иордaния, Кувeйт Ливaн, Омaн, Сaуд Aрaвия, Сирия, Йeмeн)	27 қараша 2003 ж.
Aзия оңтүстік Гимaлaи (Пәкістaн, Үндістан, және оңтүстік-шығыс Aзия)
Кaнaдa, АҚШ, орталық және оңтүстік Aмeрикa	20 қаңтар 2005 ж.
Aфрикa	25 қыркүйек 2008 ж.	290-410
Ресей, Қазақстан және орталық Азия мемлекеттері	17 қараша 2011 ж.	290-410

Әуе кеңістігінің шектелген өлшемі бар болуына байланысты, әуе қозғалысының өсуін

қанағаттандыру үшін ХААҰ (Халықаралық азаматтық авиация ұйымы ICAO-International

Civil Aviation Organization) 1995 жылдан бастап RVSM (Reduced Vertical Separation Minimum) тұжырымдамасын іске асыруда, яғни бұл тұ-жырымдама бойынша қысқартылған вертикаль эшелондаудың минимумы эшелондар арасында 1000 фут болуы қажет. RVSM-ді енгізу, ең ал-дымен, өлшеу жүйелерінің нақты сипаттама-ларына және берілген биіктікті ұстап тұруға (биіктік өлшеуіш) қойылатын талаптарды жоға-рылатуды талап етеді. Осыған байланысты Қазақстанда қолданылатын көптеген әуе кеме-лері ұшуға жіберілмейді, өйткені олардың биік-тік жабдықтары RVSM талаптарына сәйкес кел-мейді. Бұдан, түптеп келгенде, нақтырақ биік-тік өлшеуіш жасау мәселесі пайда болады.

Зерттеудің нысандары мен әдістері

Әуе кемелерінде, радиобиіктік өлшегіші-нен басқа, барометрлік биіктік өлшегіш пайда-ланылады, оның артықшылығы, кейбір баро-метрлік биіктік өлшегіштер электр қоректенді-русіз жұмыс жасай алады, яғни олар қандай да бір себептермен электрқоректендіру болмаған жағдайда да пайдалануға болады. Бірақ екінші жағынан аталған биіктік өлшегіштер электрон-дық аспап болмағандықтан инерциондылық сияқты кемшілікке ие. Бұдан басқа, барометр-лік биіктік өлшегішінің көрсеткіштеріне ауа райы жағдайлары мен қоршаған ортаның тем-пературасы әсер етеді. Сондай-ақ қателер ауа ағынының бұрмалануы әсерінен, әсіресе, үлкен жылдамдықпен ұшу кезінде пайда болады. Бұл қателер ұшу жылдамдығына, атмосфералық қы-сымды қабылдағыштың типіне және оның ор-наласу орнына байланысты. Бұл қателер ұшақ-ты сынау кезінде анықталады. Барометрлік биіктікті өлшегіштердің көрсеткіштерін талдау [2] келесідей қорытынды жасауға мүмкіндік береді, олар 500 м биіктікте, шамамен шынайы биіктіктен 40 м-ге жоғары қателік көрсетеді, 1000 м биіктікте - 50 м, 4000 м биіктікте - 80 м, 5000 м биіктікте - 70 м, 7500 м биіктікте - 5м, ал 8000 м биіктікте - шынайы биіктіктен 10 м төмен, 10000 м биіктікте - 80 м төмен, 12000 м кезінде - 160 м төмен. 1 суреттен барометрлік биіктік өлшеуіш беретін ең жоғарғы қателік 4000 м биіктікте және 12000 м. биіктікте екен-дігі көрініп тұр. Сонымен қатар 500 м биіктікте біз шамамен 40 метр қателік алатындығымыз өкінішті.

Сурет 1 - Барометрлік биіктік өлшегіш қателігінің биіктіктен тәуелділігі

Барометрлік биіктік өлшегіш қателігінің биіктіктен тәуелділігі. Жалпы барометрлік биіктік өлшегіштердегі әдістемелік қателіктер атмосфераның нақты күйінің, биіктік өлшегіш құрылғының есептеу бірлігін өлшеуге енгізіл-ген, есептеу нәтижелерімен сәйкес келмеген жағдайда пайда болады.

Биіктік өлшегіштің шкаласы стандартты атмосфераны теңіз деңгейіндегі жағдайлар үшін есептейдi, яFни ауа цысымы Р ₀ =760 мм. сын. баF., температура t ₀ =+15°С, mik температуралы^ градиент t_гр = 6,5° 1000 м бижлк Yшiн.

Стандартты атмосфераны пайдалану, бе-рілген биіктікке белгілі бір қысым сәйкес ке-леді дегенді болжайды. Бірақ әрбір ұшу кезінде атмосфераның нақты шарттары есептеу нәти-желерімен сәйкес келмегендіктен биіктік өлше-гіш құрал биіктікті қатемен көрсетеді. Баро-метрлік биіктік өлшегіш құралында ұшақ ұша-тын аймақтың топографиялық рельефінің өзге-руін ескермеуінен қателіктер пайда болуы мүмкін.

Барометрлік биіктік өлшегішінің әдісте-мелік қателіктері екі негізгі топқа бөлінеді:

• 1)    жердей атмосфералыц цысымныц езге-руiнен болатын цателiктер;

• 2)    ауа температурасыныц езгерушен болатын цателiктер.

Барометрлiк бшкйк елшеуiш ушу бшк-тігін биіктік өлшегіш құралдың шкаласында (бірлігінде) атмосфералық қысымның мәні қандай биіктікте көрсетілсе, сол биіктікке немесе сол беттің деңгейіне қатысты өлшейді. Ол бағыт бойынша қысымның өзгерісін есепке алмайдi. Эдетте, атмосфералыц цысымныц мэнi жер бетінің әртүрлі нүктелерінде бір уақытта бiрдей болмайды. 2 суретте керсетшгендей, егер ұшып шығу әуежайында қысым 760 мм. сын. бағ. болса, ал ұшу бағыты бойынша ол белгілі бір нүктелерінде 750 және 765 мм сын. баF. тец. ¥шар алдында биiктiк елшегiш цура- лының тілі нөлге қойылады, бұл ретте биіктік өлшегіштің қысым шкаласы ұшатын әуежай цысымына цойылады (келтiрiлген мысалда цысым шкаласы 760 мм. сын. баF. бойынша есеп-теу цойылады). Егер ушцыш баFыт бойынша берйген аспаптыц биiктiктi устаса, онда шы-найы не нақты биіктік жердің атмосфералық қысымының таралуына байланысты өзгеріп отырады. Атмосфералық қысым төмендеген кезде бағыт бойынша шынайы биіктік азаяды, ал атмосфералық қысым көтерілген жағдайда улFаятын болады. Суреттен керш турFанымыз-дай, шынайы немесе нақты биіктіктің өзгеруі шынайы биіктік есептелетін деңгейге қатысты атмосфералыц цысым езгеру салдарынан болады (2 - сурет).

Сурет 2 - Жердей цысымныц езгерушен болатын бшкйк елшейш цурылгыныц цател1ктер1

Биiктеген сайын атмосфералыц цысымныц езгеруiн барометрлiк саты сипаттайды, ЯF-ни бастапцы децгейден бшкйк бойынша кете-рілгенде немесе түскенде қысым 1 мм. сын. бағ өзгереді. Тәжірибеде барометрлік сатыны аз биiктiктер Yшiн 11м-ге тец деп алады. Демек, жер бетiндегi цысым езгерiсiнiц 9рбiр милли-метрi Yшiн 11 м бшкйк сэйкес келедi, яFни АН б = 11*АР

Нәтижелері мен оларды талқылау

Биіктік өлшегіш құралдың шкаласы биіктік өлшенетін қабаттағы ауаның орташа стандартты температурасы бойынша теңеседі. Сондыцтан бшкйк елшейш цурал ушу биiктi-гiн нацты орташа ауа температурасыныц есеп-тік температурасымен сәйкес келген жағдайда ғана дұрыс көрсетеді. Бірақ нақты жағдайларда ауа температурасы, эдетте, есептiк темпера-турамен сәйкес келмейді. Сондықтан өлшегіш бшкйкй цатемен керсетедi. Бул цателiктiц мэш жер бетіндегі ауа температурасының өзгеруі кезінде биіктікте температура мен қысымның

өзгеруі жүреді дегенге келеді. Жылдың суық мезгілінде ауа анағұрлым тығыз болады және бұл жағдайда биіктік артқан сайын қысымның мэнi, тыFыздыFы аз жылы кезге цараFанда, те-зiрек темендейдi. Бшкйк елшеуiш цурал биiк-тікті өлшегенде жер бетіндегі температура +15°-тан темен болса, онда бшкйкйц мэнi жо-Fарырац болады, ал температура +15°-тан жо-Fары болса, онда бшкйкйц мэнi темен болады.

Температуралық қателік әсіресе, кіші биіктіктерге және таулы аудандарға жылдың суыц мезгiлiнде ушу кезiнде цауiптi. Тэжiрибе-де кiшi бшкйктерде ауаныц нацты температурасыныц стандартты температурадан эрбiр 3°С-қа ауытқуы, өлшенетін биіктікте 1% тең қатені тугызады деп есептеледi. Ресейде ендiрiлген әуе кемелерінің елеулі санында, байланыс және бацылау блоктарымен, пилотажды-навигация-лық жүйе жабдықтарымен, әуе сигналдарымен жэне т.б. функционалды байланысцан, ВБЭ-2А биіктік өлшегіштері орнатылған. Басқа сөзбен айтқанда ВБЭ жүйесі, механикалық және электрлік жағынан біріктірілген жекелеген функционалдық тораптардан тұратын құрылы-мы білдіреді. Бұл ауа қысымының толық және статикалық датчиктерінің торабы, есептегіш торабы, индикация және басқару құрылғыла- рының торабы, шкаланың көмескі торабы. Көр-сеткіш ретінде сұйық кристалдарды индикатор қолданылған. 2-кестеде түзету қосындыларын есептегендегі биіктік өлшегіштің көрсеткіштері келтірілген.

2 Кесте - Биіктік өлшегіштің көрсеткіштері

Берілген ұшу биіктігі, м	Биіктік өлшегіштің көрсеткіштері, м	Берілген ұшу биіктігі, м	Биіктік өлшегіштің көрсеткіштері, м
0	0	4 500	4 550
600	640	4 800	4 860
900	960	5 100	5 170
1 200	1 250	5 400	5 470
1 500	1 540	5 700	5 750
1 800	1 860	6 000	6 070
2 100	2 160	6 600	6 650
2 400	2 450	7 200	7 250
2 700	2 760	7 800	7 740
3 000	3 060	8 400	8 320
3 300	3 360	9 000	8 930
3 600	3 660	10 000	9 920
3 900	3 980	11 000	10 910
4 200	4 260	12 000	11 840

2-кестеде көрініп тұрғандай, 3900 м биік-тікте биіктік өлшегіш биіктікті шын мәніндегі биіктіктен 80 м жоғары көрсетеді, ал 12000 м биіктікте аспап 160 м төмен, яғни 11840 м-ді көрсетеді. Осылайша, барометрлік биіктік өл-шеуіш 4 км-де +80 м, ал 12 км деңгейінде - 160 м қателікті береді. RVSM бойынша ауытқудың орташа стандарттық мәнінің қосындысы 75 м-ден аспауы тиіс, ал бізде 240 метр. Келтірілген мәліметтерден қазіргі уақытта неғұрлым нақ-тырақ биіктік өлшегіштер қажет деген қоры-тынды жасауға болады.

Белгілі аспаптар талдауына сүйеніп, әуе кемелерінде биіктік өлшеу аспаптарын жасау үшін, оттегінің концентрация деңгейін өлшей-тін аспаптарды негізге алуға болатыны туралы қорытынды жасауға болады. Біздің көзқарасы-мыз бойынша, бұл өлшегіш ретінде, жұмыс іс-теу принципі оттегінің парамагниттік қасиет-теріне негізделген термомагниттік концентра өлшегіш деп аталатын аспапты қолдану ың-ғайлырақ. Барлық белгілі газдардың ішінде ең көп парамагниттік қасиеттерге оттегі молеку-лалары ие. Бұнымен қоса, абсолютті мағынада, оттегінің магниттік қабілеттілігі [3] қалған газ-дар мен булардың магниттік қабілеттілікте-рінен шамамен 100 есе және одан да көп. Отте-гінің аномальді параметрлік қасиеттері оның көп компонентті газдардың және булардың қос-пасындағы концентрациясынан өлшеу ақпара-тын алу үшін пайдаланылады. Әуе кемесінде авиациялық биіктік өлшегішті құру және пай-далану үшін ең қолайлысы, біздің ойымызша, оттегінің термомагниттік газанализаторлары болып табылады. Осы газоанализатор негізінде аспап құрылды, онда компенсациялық сызба көмегімен екі концентрат өлшегіш жиналған, оның біреуі жабық баллондағы аэродром неме-се теңіз бетінен алынған ауадағы оттегі концен-трациясын анықтайды, ал екінші концентрат өлшегіш - ұшу кезіндегі атмосфрерадағы оттегі концентрациясын анықтайды.

Әуе кемесінің биіктігіне сәйкес оттегінің мөлшері өзгереді, ал оттегінің парамагниттік қасиеттерін пайдалану оның мөлшерін анық-тауға мүмкіндік береді, бұл ретте температура-ны тұрақтандыруды аэродромнан немесе теңіз бетінен алынған эталондық ампулалардағы ауаның температурасын, сондай-ақ іріктелген құрылғылардағы температураны бірдей ұстап тұру арқылы жүзеге асыруға болады. Бұл үшін эталонды ампула немесе баллонды және таңдап алынған құрылғыны бір қаптамаға, олардың температурасы әрқашан бірдей болатындай етіп орнатуға болады, ал екі көпірлік схемалар бір-бірімен компенсациялық схема бойынша бі-ріктірілген ұсынылатын биіктік өлшегіштің негізін құрайды. Оларды осылай біріктіру, әуе кемесінің биіктігін анықтау кезінде жоғары дәлдікті алуға мүмкіндік береді. Құрылғыдағы екі датчиктер өлшеу байланысының бір жа-ғында магнит өрісі пайда болатындай етіп тұ- рақты магниттің ортасына орналастырылған көлденең, шыны құбырлы байланысты сақина-лы камерадан тұрады. 3-суреттегі сызбада R3,

R4, R5 және R6 кедергілері екі оралған, екісек-циялы, қаздырылатын, орамдары жіңішке, платина сымнан жасалынған кедергіні білдіреді.

Сурет 3 - Биіктік өлшегіштің өлшеу сызба-нұсқасы

R3, R4 кедергілері бірінші көпірлік сыз-баның екі иығын білдіреді, R5 және R6 – кедер-гілері бірінші көпірлік сызбаның екі иығы. Тиі-сінше, R1 және R2 кедергілері манганинадан дайындалған, бірінші көпірдің екі иығының рө-лін атқарады, ал R7 және R8 кедергілері екінші көпірдің екі иығының рөлін атқарады. R4 және R5 кедергілері R3 және R6 кедергілеріне қара-ғанда тез салқындайды, олар магнитпен созы-латын салқын оттегі молекуласының ағынына жақын болады және бірінші көпірдегі орамдар арасындағы температураларының айырмашы-лығы, яғни R3, R4 кедергілері, екінші көпірдегі орамдар арасындағы температуралардың айыр-машылығынан, яғни R3, R4 кедергілері, үлкен болады. Сондықтан көпірдің диагоналінде концентрат [4] өлшеуіш құрылғының орта байла-нысында магнитпен созылатын оттегі молеку-лаларының санына пропорционал болатын сиг-налдар пайда болады. Бұл ретте екінші концентрат өлшеуіштегі оттегі молекулаларының саны аз болады, себебі ол өлшеніп отырған биіктікте әуе кемесі орналасқан биіктіктегі ауа келіп түседі. Көпірлердің диагоналіндегі сигналдар айырымы кірісіне көпірлер диагоналінен сигналдар айырмашылығы келіп түсетін, элек-тронды күшейткіш көмегімен жұмыс жасайтын, реверсивті қозғалтқыш көмегімен жылжитын реахорда R _p кедергiсiнде орын толтыратындай өлшеу сызбасы құрастырылатындығын айта кеткен жөн. Бұл сигналдар айырмашылығы нөлге тең болған жағдайда, реверсивті двигатель бiр уакытта R _p реахорда кедерпсшщ коз-ғалтқышын және градуирленген шкала арқылы биіктікті көрсететін құрылғы тілшісін жылжы-туды тоқтатады.

Осылайша, ұсынылып отырған құрылғы ұшу кезіндегі және әуежай немесе теңіз бетін-дегі атмосферадағы оттегі молекулаларының санының айырмасын анықтауға мүмкіндік бе-реді. Бұл ретте, әуежайдан немесе теңіз бетінен алынған баллон ауасы және атмосферадан тү-сетін ауа, өзара температуралық өтемақыға әкелетін бірдей температураға ие, бұл биіктік өлшегіштің дәлдігін айтарлықтай көтереді.

Қорытынды

Әуе кемесінде авиациялық биіктік өлше-гішті құру және пайдалану үшін ең қолайлысы, оттегінің термомагниттік газанализаторлары болып табылады. Осы газоанализатор негізінде аспап құрылды, онда компенсациялық сызба көмегімен екі концентрат өлшегіш жиналған, оның біреуі жабық баллондағы аэродром неме-се теңіз бетінен алынған ауадағы оттегі кон-центрациясын анықтайды, ал екінші концентрат өлшегіш - ұшу кезіндегі атмосфрерадағы оттегі концентрациясын анықтайды. Өзара температуралық өтемақыға әкелетін бірдей температураға ие, бұл биіктік өлшегіштің дәл-дігін айтарлықтай көтереді.

ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

• 1.    Azevedo, L.F.A., Teixeira, A.M., A critical review of the modeling of wax deposition mechanisms. // Petrol.Sci.Technol.21.2003. -PP. 375-387

• 2.    Браславский Д.А. Авиационные приборы. -М: «Оборонгиз», 1964. - 524 с.

• 3.    Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азим-заде А.Ж. Технологические измерения и приборы: учеб. для студ. Вузов по спец. «Автоматизация технологических процессов и производств. -М.: Высш. шк., 1989.- 456 с.

• 4.    Предпатент 19487 РК. Способ измерения высоты на воздушных суднах /Туякбаева А.А., Алдамжаров К.В., Поздняков А.В., Туякбаев Д.А., Опубл. 15.05.2008, Бюл.№5. – 4 С.