Есть ли место, где высота во время полета отрицательна?

У уровня моря довольно много аэропортов, так как многие крупные города расположены недалеко от моря. Есть даже несколько аэропортов ниже уровня моря. Амстердамский Схипхол в некоторой степени известен этим (по крайней мере, там, где я живу), хотя его официальная высота аэродрома составляет всего -11 футов или -3 метра.

Согласно списку самых низких аэропортов Википедии , самым низким аэропортом является аэродром Бар-Йехуда в Израиле на высоте -1240 футов или -378 м. Вот скриншот из этого видео на YouTube, в котором полет происходит на высоте -400 футов перед приземлением в Бар-Йехуде:

Короткий ответ

Если вы просто хотели узнать о некоторых местах ниже уровня моря, то существует множество связанных коллекций мест и аэропортов , и копировать их здесь неинтересно. Но на самом деле ваш вопрос не о таких списках, а о том, может ли высотомер показывать отрицательную высоту при использовании...

при тестировании и работе с системами авионики я ни разу не видел высоты близкой к 0 или отрицательной. Есть ли место, когда пролетая над лентой высоты, отображается значение -ve? Может быть, во время полета между Гранд-Каньонами?

... удивительный ответ: барометрический высотомер может отображать отрицательное значение в любое время и в любом месте (в технических пределах) в зависимости от его настройки, а не только в местах ниже уровня моря.

Обычный высотомер, который использовался в самолетах с первых лет авиации и используется до сих пор, является неправильным названием, он не измеряет высоту, он измеряет атмосферное давление .

Барометрическая высота против высоты

Барометрические высотомеры — это не приборы, измеряющие геометрическую высоту, а измеряющие местное атмосферное давление, которое связано с высотой, но в довольно неустойчивой зависимости, зависящей от погоды.

Циферблат ft представляет собой перезаписанный циферблат гПа. Справедливости ради следует отметить, что эта шкала является не шкалой высот, а шкалой барометрических высот . Эта точная формулировка, относящаяся к метеорологии, используется редко, только когда кто-то хочет напомнить, как получается какое-то значение высоты. Фактическая высота – это геометрическая высота , обычно определяемая с помощью спутниковой навигационной системы . Барометрические высотомеры были единственным бортовым решением для оценки высоты до разработки инерциальной платформы.

Барометрический высотомер не имеет абсолютного отсчета, отсчет задает экипаж, что равносильно повороту лимба за стрелками в некоторой исходной конфигурации. Экипаж использует референс, наиболее подходящий для какой-либо цели. Эталонное давление просто вычитается из измеренного давления перед преобразованием в футы, поэтому высотомер показывает 0 на высоте, на которой находится эталонное давление, независимо от фактической высоты. Ниже этой высоты показания отрицательные.

Многие самолеты определяют свою фактическую геометрическую высоту, используя инерциальную привязку и/или спутниковую навигацию. ACAS работает исключительно с геометрическими высотами, ADS-B может сообщать как давление, так и геометрическую высоту. Однако вертикальное эшелонирование воздушных судов основано на том, что каждое воздушное судно летит с барометрической высотой. Поэтому, когда известна геометрическая высота, она не используется экипажем и обычно не отображается.

Альтиметр, привязанный к QFE, отображает высоту над контрольной точкой.

Эталонные давления (QNE, QFE, QNH) обозначаются буквами в Q-коде , системе предварительно отформатированных вопросов/ответов, использовавшейся в морской и авиации до того, как радиотелеграфия была заменена голосовой связью.

В прошлом в качестве эталона обычно использовалось давление аэродрома QFE. При такой настройке высотомер просто показывает высоту над аэродромом.

Использование альтипорта QFE естественным образом приводит к отображению отрицательных значений при полете ниже альтипорта или, точнее, при полете в месте, где давление выше, чем QFE. Этот метод сегодня не рекомендуется, но все еще используется и, например, является обычным для полетов по аэродромным схемам в Великобритании .

Обычно экипажи не очень заинтересованы в знании своей точной высоты в крейсерском режиме, они без проблем следуют по маршруту при постоянном атмосферном давлении, когда стрелки альтиметра застыли на каком-то значении, а их геометрическая высота фактически меняется.

Поскольку каждый самолет использует барометрическую высоту вместо высоты, вертикальное разделение самолетов состоит в том, чтобы заставить их летать на разных изобарических поверхностях, УВД использует эшелоны полета (FL) для назначения барометрической высоты. Эшелоны полета расположены с шагом в 100 футов по барометрической высоте, например, эшелон полета 100 соответствует давлению, обнаруженному на уровне 100x100 (10 000) футов, а эшелон полета 101 соответствует давлению на уровне 101x100 (10 100) футов в стандартной модели атмосферы.

Определение и использование QNH в каком-либо месте в течение некоторого времени

Эквивалентность давления и высоты стандартной модели атмосферы основана на среднем дневном давлении на уровне моря. Однако, когда погода меняется, давление в каком-то месте меняется, и барометрическая высота может сильно отличаться от геометрической высоты. На высоте 10 000 футов эта разница может составлять 500 футов.

Когда бригады работают близко к земле, им требуется более высокая точность высоты для навигации и предотвращения столкновений с препятствиями. К модели применяется коррекция путем введения локальных условий.

Эта поправка заключается в ретроспективном расчете давления на уровне моря с учетом текущей тенденции изменения давления, наблюдаемой на аэродроме. Это новое давление на уровне моря известно как QNH. Телеграфисты, использующие Q-код, передали бы « QNH 1021 1000Z », что означало бы точно: « Если вы установите вспомогательную шкалу вашего альтиметра на 1021 гПа, прибор укажет вашу высоту, если бы вы находились на земле в моем станции в 10:00 часов ».

Авиация также использовала в прошлом более полную поправку, включая температуру и относительную влажность в расчетах. Он был известен как QFF, но был заменен более простым QNH.

Собираясь приземлиться, экипаж получает значение QNH аэропорта из радиопередач УВД или ATIS и устанавливает ссылку высотомера на это значение. Если все сделано правильно, когда самолет приземляется, его высотомер показывает приблизительно высоту аэропорта.

Теперь, как видно на картинке выше, любое место ниже пунктирной синей линии (поверхность QNH) будет связано с отрицательной высотой, например, при полете близко к местности с правой стороны.

Высота точна только в области, где вычисляется QNH.

Поскольку экипаж устанавливает привязку альтиметра к QNH, они фактически переопределяют изобарическую поверхность, соответствующую уровню моря, и, таким образом, определяют объем с отрицательными высотами. Поскольку QNH зависит от текущей местной погоды, этот объем также зависит от местной погоды.

Существование областей отрицательного давления и, в более общем случае, областей неточного давления связано с тем фактом, что настройка QNH действительна только в той области, для которой она была рассчитана. Если бы мы должны были приземлиться в аэропорту с правой стороны, мы бы получили QNH, вычисленный этим аэропортом для его собственной области. Это QNH будет более высоким значением, а соответствующая пунктирная синяя линия будет ниже показанной. Высота взлетно-посадочной полосы была бы правильной с этой настройкой, но теперь она была бы неправильной для аэродрома с левой стороны.

Отрицательная высота - это просто вопрос настройки высотомера, и ее можно наблюдать в любое время полета с эталоном, который не соответствует местному QNH. По этой причине воздушные суда ниже определенной высоты по закону должны использовать местный QNH, полученный с местного аэродрома (например, в радиусе 100 морских миль в Австралии ), или, по крайней мере, районный/региональный QNH, который является приближенным для некоторых больших область.

Но есть исключение: некоторые высотомеры никогда не устанавливаются на местное значение QNH.

Использование QNE вместо QNH для сообщения высоты

Транспондеры режимов C/S и ADS-B также включают барометрический высотомер, который постоянно настроен на среднее давление на уровне моря, 1013,25 гПа. Существует соответствующая запись Q-кода, QNE. Давайте резюмируем:

• QFE = Давление на аэродроме.
• QNE = стандартное давление на уровне моря в модели, 1013,25 гПа.
• QNH = рассчитанное ретроспективно давление на уровне моря на основе QFE.

Эта относительная высота QNE может время от времени быть отрицательной при полете на малой высоте в условиях высокого атмосферного давления. Однако он корректируется радиолокационной системой перед отображением операторам УВД по значению местного QNH (спасибо @JanHudec за разъяснение этого).

Но персональные приемники режима S и ADS-B не выполняют эту коррекцию по умолчанию, поскольку значение QNH неизвестно.

Отрицательная высота отображается на персональном приемнике в режиме S.

Ренн-Сен-Жак (LFRN) — аэропорт недалеко от Ла-Манша во Франции, его высота над уровнем моря составляет 124 фута . В теоретической модели 124 фута составляет 5 гПа. Когда давление в аэропорту составляет 1018,25, его ретро-вычисленный QNH равен 1013,25 и равен QNE. В этих условиях транспондер режима S, который постоянно настроен на QNE, сообщает ту же высоту, что и высота, отображаемая на высотомерах кабины экипажа, настроенных на текущий QNH.

Время от времени в этом районе возникают экстремальные антициклонические условия , когда давление в аэропорту превышает теоретическую модель, например, 1047 гПа. Ретро-вычисленный QNH составляет 1042 гПа. Разница со стандартной атмосферой теперь составляет 28,75 гПа. Это соответствует -776 футов.

При достижении взлетно-посадочной полосы, которая находится на высоте 124 фута, сообщаемая высота будет -776 + 124 = -652 фута. Вот что увидит пользователь приемника, не выполняющий коррекцию QNH:

^{Высота, переданная в режиме S приемнику SBS-1 как отрицательная, источник: F6GKQ (73/Denis)}

Геометрическая высота

Определение геометрической высоты, то есть расстояния до среднего уровня моря, на самом деле является очень сложной операцией, потому что уровень моря (уровень после устранения приливных колебаний) сам по себе является сложным понятием. Начнем с того, что моря и океаны не все сопоставимы, и в прошлом локально использовались разные MSL. Кроме того, на средний уровень моря влияют течения и местные колебания силы тяжести. Надеемся, что эти многочисленные трудности пришлось решить, чтобы построить глобальные навигационные системы, и эти знания были интегрированы в системы.

Данные спутников GNSS относятся к идеальному эллипсоиду WGS 84 ( GRS 80 ), представляющему сжатую Землю. MSL, с другой стороны, представлен геоидом WGS 84 (на основе гравиметрической модели EGM 96 ).

Эллипсоид и гравитационная модель были определены после проведения множества исследований и измерительных кампаний с использованием дорогостоящих средств. Тяжелая работа была проделана и будет периодически обновляться, данные могут быть использованы для определения геометрической высоты за доли секунды практически бесплатно для пользователя GNSS.

• Приемник GNSS сначала использует спутники для определения своей высоты над опорным эллипсоидом. Принцип заключается в том, что положение каждого спутника относительно эллипсоида известно, а положение приемника относительно видимых спутников определяется мультилатерацией путем анализа радиосигнала, передаваемого каждым спутником.

• Затем приемник GNSS использует модель геоида, модель, описывающую неравномерность уровня моря, чтобы получить локальную волнистость геоида, то есть насколько геоид отклоняется от эллипсоида в месте приема. Высота – это разница между эллипсоидальной высотой и волнистостью.

Почему так сложно иметь дело с высотой в авиации

Сложность понимания таких туманных понятий заключается в том, что мы сначала предполагаем, что высотомер измеряет высоту, а барометрический высотомер фактически измеряет атмосферное давление и показывает его на циферблате, отмеченном высотами, полученными в соответствии с теоретической моделью, которая редко встречается в реальной жизни. Установка эталона — это просто способ сделать модель более соответствующей текущей локальной ситуации.

Авиация сталкивается с трудностями при переходе от технологии вековой давности , которая сегодня вызывает массу проблем, к более дешевой и точной современной технике, которая могла бы их решить. Это верно для высотомеров и управления воздушным движением в целом. Надеюсь, авиация преодолеет эти трудности.

Есть несколько регионов, где можно (по крайней мере теоретически) летать ниже уровня моря. Например, впадина Мертвого моря, которая является самым низким участком суши на планете, достигает максимальной глубины примерно на 400 метров ниже (геоид) среднего уровня моря.

Здесь, в США, я даю вам аэропорт Фернейс-Крик на высоте -210 футов. https://www.nps.gov/deva/planyourvisit/airports.htm Высота схемы составляет +789 над уровнем моря, но на последнем заходе на посадку вы будете ниже. Поздний уход должен сделать некоторые интересные показания приборов.

Я помню, как читал о случае, когда авионика была закодирована так, что Фернейс-Крик был самым низким из возможных аэропортов, и дала сбой над Мертвым морем. :( РЕДАКТИРОВАТЬ: ссылка на ответ https://aviation.stackexchange.com/a/56896/5711

Помните, что альтиметр просто показывает вашу «высоту» как относительную ссылку на давление в известной точке. Обычно мы используем уровень моря, хотя его также можно установить на уровне земли (опять же, в известной точке). Это обычно используется в Великобритании, известное как QFE, где пилот регулирует давление воздуха на аэродроме.

Так что в этом смысле да, ваш высотомер может показывать отрицательное значение, если вы летите ниже контрольной точки. То есть ниже уровня моря или ниже того уровня земли, который вы набрали.