Что такое высота по плотности?

Понятие «высота плотности» похоже на понятие «охлаждение ветром».

Держись со мной здесь, я куда-то иду с этим.

Холодная погода опасна для организма человека, а ветер (из-за повышенных теплопотерь кожи человека) усугубляет ее. Но насколько хуже? Что хуже быть на улице при температуре -10С при ветре 20 узлов или при температуре -15С при ветре 12 узлов? Концепция «охлаждения ветром» сводит эти два значения к одному простому числу.

Точно так же работает высота по плотности. Трудно и утомительно сравнивать и сопоставлять, как самолет будет вести себя в день 25°C с давлением 29,80 на высоте 600 м над уровнем моря и в день 20°C с давлением 30,17 на высоте 1250 м над уровнем моря. Нам нужен способ объединить все эти переменные в одно простое в использовании число. Это число является высотой по плотности.

Так же, как я могу сказать: "Ветер холодный -10°C", и неважно, тепло ли, но ветрено, или холодно и спокойно, я могу сказать: "Высота по плотности - 2000", и все будут иметь одинаковое представление об ожидаемом характеристики самолета, независимо от того, какая комбинация факторов привела к такому результату.

Как только вы начнете думать (и использовать!) о высоте по плотности как об инструменте упрощения , ее ценность станет намного более очевидной.

Попробуйте эту статью

https://www.aopa.org/training-and-safety/active-pilots/safety-and-technique/weather/density-altitude

Как пилоты, нам нравится более высокое давление и холодная температура — это делает воздух более плотным, поэтому двигатель может создавать больше лошадиных сил. Системы высокого давления, где барометр показывает выше 29,92, и холодный воздух, где температура ниже 59F (я в США), означают, что самолет быстрее оторвется от земли и лучше наберет высоту. Итак - Зима! Идеальное время полета с точки зрения производительности.

Летом мы можем увидеть такое же увеличение показаний барометра, но более высокая температура означает, что воздух менее плотный (тепло заставляет воздух расширяться), поэтому производительность двигателя страдает. Еще хуже, если есть система низкого давления в сочетании с высокими температурами, может создать ощущение, что самолет взлетает с большей высоты.

Таким образом, Density Altitude — это высота, которую воспринимает самолет, — показания барометра с добавлением к ним температурного воздействия.

Предположим, вы находитесь в данном месте с заданной температурой, а барометр показывает, например, 25,84 дюйма атмосферного давления. Это точно давление на высоте 4000 футов в пределах «стандартной атмосферы». Следовательно, вы можете сказать, что барометрическая высота в том месте, где вы находитесь, составляет ровно 4000 футов.

Предположим теперь, что в том же данном месте плотность воздуха (измеренная или рассчитанная по давлению и температуре) равна 1,121 кг/м^3. Это именно плотность на высоте 3000 футов в пределах «стандартной атмосферы». Следовательно, вы можете сказать, что плотность высоты в том же месте вместо 3000 футов.

В двух словах, плотность высоты говорит вам о том, как будет вести себя самолет, в частности, о характеристиках набора высоты при взлете или уходе на второй круг.

Таблицы производительности в вашем POH основаны на ISA, в которой практически никогда не летает ни один самолет. будет.

Если высота по плотности очень велика (т.е. приближается к вашему рабочему потолку), возможно, что ваш самолет не сможет преодолеть препятствия/землю или, в крайнем случае, даже сойти с взлетно-посадочной полосы. Это часто случается с поршнями без турбонаддува в горах летом, и иногда это настолько плохо, что даже авиалайнеры не могут взлететь из таких аэропортов, как PHX и LAS.

Каждый раз, когда ваш запланированный полет будет высоким, горячим и тяжелым (известным как три H), вам необходимо рассмотреть DA и проверить таблицы характеристик, чтобы определить, будет ли он безопасным. Высокая местность может означать другой маршрут через горные перевалы; Тяжелая загрузка может означать отказ от пассажиров/груза или топлива, а горячая может означать ожидание до ночи или раннего утра. Если с чем-то из этого вы не сталкиваетесь регулярно, например, потому что вы живете в (относительно) холодном и плоском регионе, было бы разумно проконсультироваться с CFI, чтобы освежить свои знания и перепроверить свои планы перед поездкой.

Попробуйте это: высота по плотности

Определенные типы высоты Пилоты иногда путают термин «плотная высота» с другими определениями высоты. Чтобы просмотреть, вот некоторые типы высоты:

• Указанная высота – это высота, отображаемая на альтиметре.
• Истинная высота — это высота над средним уровнем моря (MSL).
• Абсолютная высота – это высота над уровнем земли (AGL).
• Барометрическая высота — это указанная высота, когда высотомер установлен на 29,92 дюйма ртутного столба (1013 гПа в других частях мира). Он в основном используется в расчетах характеристик самолета и в полете на большой высоте.
• Высота по плотности формально определяется как барометрическая высота с поправкой на нестандартные колебания температуры. ”

Высота по плотности в основном такова:

1. Измерьте плотность в заданном месте (или вычислите ее)
2. Спросите себя: на какой высоте вы найдете эту плотность в стандартной атмосфере?
3. Ответом на вопрос 2 является высота по плотности.

Более практично, вот как вы можете это вычислить:

$$\mathrm{DA_{feet}}=\mathrm{PA_{feet}}+ 120\cdot(T_{\mathrm{OAT}}-T_{\mathrm{ISA}})\tag{1}$$

где:

• $\mathrm{DA_{feet}}$: высота по плотности в футах
• $\mathrm{PA_{feet}}$: Барометрическая высота в футах
• $T_{\mathrm{OAT}}$: Температура наружного воздуха в Кельвинах
• $T_{\mathrm{ISA}}$: Температура (в Кельвинах) в стандартной атмосфере при$\mathrm{PA_{feet}}$ноги

---

Если вам интересно, что такое неаппроксимированное уравнение для высоты по плотности , вот оно:

$$\mathrm{DA}=\frac{T_0}{L}-\frac{T_{\mathrm{OAT}}}{L}\cdot\left(\frac{T_0-L\cdot\mathrm{PA}}{T_{\mathrm{OAT}}}\right)^{\frac{g}{g-R_s\cdot L}}=\frac{T_0}{L}-\frac{T_{\mathrm{OAT}}}{L}\cdot\left(\frac{T_{\mathrm{ISA}}}{T_{\mathrm{OAT}}}\right)^{\frac{g}{g-R_s\cdot L}}\tag{2}$$

где:

• $\mathrm{DA}$: высота по плотности в метрах
• $\mathrm{PA}$: Барометрическая высота в метрах
• $T_{\mathrm{ISA}}$: Температура (в Кельвинах) в стандартной атмосфере при$\mathrm{PA}$метров (т.е.$T_{\mathrm{ISA}}=T_0-L\cdot\mathrm{PA}$)
• $L$: Разница температур$=0.0065 \mathrm{~K/m}$
• $T_0$: Стандартная температура$=288.15 \mathrm{~K}$
• $g$: Гравитационное ускорение$\approx 9.81 \mathrm{~m/s}^2$
• $R_s$: удельная газовая постоянная для сухого воздуха$\approx 287.058 \mathrm{~J \cdot kg^{−1}K^{−1}}$

Несколько заметок:

• его можно получить непосредственно из барометрической формулы в стандартной атмосфере и из определения высоты по плотности.
• предполагает сухой воздух и не учитывает влажность
• если$T_{\mathrm{OAT}}=T_{\mathrm{ISA}}=T_0-L\cdot\mathrm{PA}$, то следует, что$\mathrm{DA}=\mathrm{PA}$(и действительно можно увидеть, что высота по плотности - это в основном барометрическая высота с поправкой на температуру)

Чтобы вывести уравнение 1 из уравнения 2, нам нужно вычислить разложение Тейлора (см. эту ссылку ) уравнения 2 вокруг точки$T_{\mathrm{OAT}}=T_0-L\cdot\mathrm{PA}=T_{\mathrm{ISA}}$и сохраняйте только постоянные и линейные члены:

$$\mathrm{DA}\approx DA(T_{\mathrm{ISA}})+\frac{DA'(T_{\mathrm{ISA}})}{1!}(T_{\mathrm{OAT}}-T_{\mathrm{ISA}})\tag{3}$$

Если вы запустите математику, вы получите:

$$\mathrm{DA}\approx\mathrm{PA}+(T_{\mathrm{OAT}}-T_{\mathrm{ISA}})\cdot\frac{R_s}{g-R_s\cdot L}\tag{4}$$

что, наконец, похоже на уравнение 1. Мультипликативный член:

$$\frac{R_s}{g-R_s\cdot L}= 36.13\mathrm{\frac{m}{K}}=118.55\mathrm{\frac{ft}{K}}$$

И это значение обычно приблизительно равно 120.

Альтиметр, хотя и используется в основном для определения высоты, является манометром. Благодаря математическим хитростям в своих внутренностях он измеряет давление, температуру и QNH и дает показания высоты.

Когда вы устанавливаете в окне 29,92, высотомер действительно измеряет давление, хотя и в нечетных единицах «барометрической высоты». Показание имеет однозначное соответствие с другими единицами давления. Просто странное нелинейное преобразование для перехода от одного к другому.

Барометрическая высота важна, потому что аэродинамические поверхности летят за счет давления. Разреженный воздух, но более высокая скорость дает такое же давление, дает такую ​​же указанную скорость воздуха. Самолеты в полете 1G сваливаются при одном и том же IAS, независимо от TAS.

Когда вы делаете температурную поправку к показаниям альтиметра, вы получаете высоту по плотности. Альтиметр теперь измеряет плотность, а не высоту или давление. Высота по плотности является мерой плотности. Опять же, просто странные единицы с нелинейным преобразованием в другие меры плотности.

Высота по плотности важна, потому что она говорит вам, сколько атомов кислорода содержится в каждой порции воздуха, а двигатели потребляют кислород для создания тяги. То же давление, но более высокая температура и, следовательно, меньшая плотность, и вы получаете меньше атомов кислорода на один глоток.

Подводя итог, Density Altitude на самом деле является мерой плотности , просто странной.