Какова максимальная высота барометрических высотомеров?

Это зависит от конструкции и сертификации высотомера. Примером современного аналогового (анероидного) высотомера является эта модель Mid-Continent за 5000 долларов .

Его сертифицированный диапазон составляет от -1000 до +20 000 футов, на это показание вы можете положиться. Фактический механический диапазон составляет от -15 000 до +50 000 футов.

Высотомер RVSM , работающий с несколькими источниками, и компьютер с воздушными данными могут поднять вас выше. А высотомер на Ф-104 наверное еще лучше.

Более дешевая модель за 150 долларов показывает сертифицированный диапазон 10 000 футов для одного из вариантов.

Примечание. Я сосредоточился на модели отношения высоты к давлению в атмосфере, которой пытается следовать альтиметр, и на ее пределах модели. Есть, конечно, и ограничения для каждого конкретного инструмента, см. ответ @ymb1.

[РЕДАКТИРОВАТЬ: я добавил более подробную информацию о различных способах использования высоты и некоторые дополнительные сведения о том, что может быть пределом для измерения абсолютной высоты (на самом деле это не то, как становится разреженным воздух), надеюсь, что это лучше ответит на ваш вопрос.]

Использование для чтения высотомера

Высота, отображаемая обычным механическим высотомером, должна быть преобразована в давление в соответствии с моделью Международной стандартной атмосферы (ISA) . Эта модель делает несколько упрощений (например, см. Связанный документ), поэтому на самом деле она никогда не дает точную высоту, кроме как случайно. Но, как вы говорите, это в любом случае неплохое приближение.

Когда вы летите, есть несколько разных причин, по которым вам нужно смотреть на высотомер.

• Уклонение от препятствий, приземление и, возможно, расчет окончательного планирования на планере. В этом случае вам действительно нужно знать абсолютную высоту над местностью. Чтобы получить это значение, вам нужно начать с получения QNH, поэтому уже сейчас самого альтиметра недостаточно (на любой высоте) без внешних данных. Для большей точности вы должны добавить больше внешних данных. Вы начинаете с местной температуры, но даже тогда точность будет ограничена.

  Однако величина ошибки зависит не от вашей абсолютной высоты, а (в первом приближении) от разницы высот между самолетом и станцией/местом, откуда исходит ваш QNH. Так что вам повезло, если вы хотите приземлиться. Учитывая, что QNH исходит от этого конкретного аэродрома, ваш высотомер должен показывать точное значение сразу после приземления. Если вам нужно избегать препятствий на той же высоте, ошибка, скорее всего, будет приемлемой для практического использования.

  Опять же, это не абсолютная высота, а относительная разница, которая вызывает эту ошибку. Если установить QNH (или высоту взлетно-посадочной полосы) на аэродроме, расположенном на высоте 4000 футов над уровнем моря, и лететь вниз к морю (скажем, это возможно, не уезжая далеко, поэтому пространственное изменение атмосферного давления здесь не проблема), ожидаемая ошибка ваш высотомер будет таким же, как если бы вы летели на высоту 4000 футов. Это связано с тем, что QNH (давление на уровне моря) рассчитывается на основе той же модели, которую использует ваш высотомер, поэтому несовершенство модели компенсируется только на высоте этой базовой станции.

• УВД, столкновения в воздухе и т. д. Абсолютная высота не важна. Вместо этого вы должны быть уверены, что два пилота, которые видят разные значения на своих соответствующих высотомерах, могут ожидать , что они будут на разных высотах. Для этой цели лучше всего подходит простейшая модель с минимумом внешних параметров. Поскольку крайне важно, чтобы все задействованные альтиметры преобразовывали давление в высоту одинаковым образом. (Тогда вам нужно ожидать, что давление не увеличивается с высотой, но это совершенно точно, так как над вами всегда будет меньше воздушной массы, давящей вниз, когда вы поднимаетесь вверх). Абсолютная высота здесь совершенно не важна, или, для полета ближе к местности, подойдет простое смещение на основе QNH. (В противном случае используется настройка давления STD.)

  Даже простой высотомер (в пределах своих физических пределов измеряемого давления) вполне подойдет для этой цели на любой практической высоте.

• Летно-технические характеристики и аэродинамика. Это практический потолок, выбор оптимального крейсерского полета и т.д. Эти параметры обычно обозначаются высотой полета в POH, но только для удобства. Плотность воздуха важна для всего, что связано с аэродинамикой. А плотность воздуха - это давление воздуха, скорректированное на температуру. Таким образом, «высота», обеспечиваемая высотомером на основе давления, «как раз подходит» для этой цели, вы можете скорректировать ее на основе местной температуры, и вы получите наилучшее возможное значение. Опять же, это будет работать на любой высоте (пока POH и высотомер используют одинаковое преобразование между давлением и высотой).

Обратите внимание, что для двух последних применений значение, предоставляемое альтиметром, на самом деле лучше, чем, скажем, высота на основе GPS.

Абсолютная высота

Хорошо, а что, если вы действительно хотите узнать свою абсолютную высоту в стратосфере или даже выше. Можно ли тогда использовать ваш высотомер?

Если высотомер преобразует давление в высоту на основе ISA (верно в большинстве случаев), отображаемое значение должно быть задано уравнением

$$h=\left(153.85\,{\rm m\cdot K^{-1}}\right)\cdot T_0 \cdot \left(1-\left(p\over p_0\right)^{0.19026}\right)$$ (см. ссылку выше), где $T_0$указан как 288,15 K (15 ° C) и $p_0$это давление, которое вы устанавливаете в окне альтиметра. Так вот, если взять такой высотомер в космос( $p=0$) он не будет отображать более 44 км (или 145 000 футов), учитывая, что он не достигнет своих физических/механических пределов раньше. Но, конечно, значение становится далеким от реальности гораздо раньше. Вероятно, выше тропопаузы (10–12 км), где предположение о постоянном уменьшении температуры с высотой, используемое в этой модели ISA, становится полностью несостоятельным. Вы можете улучшить модель, но она, вероятно, не будет работать слишком хорошо без дополнительных внешних данных.

Тем не менее, проблема не в том, что воздух разрежен. Вы можете, в некотором роде, измерить атмосферное давление даже на низкой околоземной орбите в нескольких сотнях километров над землей. Именно атмосфера оказывает (измеримое) сопротивление спутникам на низких орбитах. Так что да, есть еще что измерять, и это наверняка можно измерить правильным инструментом. Проблема в том, что у вас нет практичного и «надежного» способа расчета высоты на основе этого локального давления (только). В игру вступают многие другие эффекты, и вам нужно знать много других переменных параметров, чтобы рассчитать высоту.

Но, ну, так было уже с самого начала, не так ли? Вы должны были получить правильную QNH (внешнюю информацию), даже если бы вы летели только в режиме трафика. Так что ситуация с альтиметром на орбите на самом деле не так уж сильно отличается.

---

Во время полета вам на самом деле не нужно знать свою абсолютную высоту во многих практических ситуациях, а высотомер на основе давления работает отлично независимо от высоты. Если вам нужно знать свою точную высоту, пределом является не разрежение воздуха, а скорее расстояние от ближайшей станции, которая может обеспечить эталонное давление.

С метеорологическим шаром, расположенным рядом с вашим самолетом и посылающим вам «QNH» (на основе местных измерений аэростата и его известной высоты, аналогично QNH, прибывающему из аэропорта), вы можете получить неплохие показания с (подходящего) альтиметра на основе давления даже высоко в стратосфере например.

Высотомер TSO C10B, активируемый давлением, чувствительный тип использует SAE AS 392C для указания минимальных требований к барометрическому альтиметру. Он определяет два «типа» барометрических высотомеров.

• Тип 1: Диапазон 35 000 футов
• Тип 2: Диапазон 50 000 футов

AS392C также обеспечивает допуски, которым должен соответствовать барометрический высотомер, от -1000 футов до 50 000 футов.

TSO C106 Air Data Computer также предоставляет некоторые минимальные требования к производительности для компьютера воздушных данных, обеспечивающего барометрическую высоту. Он обеспечивает допуски от 0 футов до 50 000 футов.

Вот почему вы увидите, что альтиметры высокого давления заканчиваются на отметке от 50 000 футов до 60 000 футов, поскольку калибровка цифровых датчиков давления для больших высот становится сложной, и очень немногие самолеты нуждаются в альтиметрах, сертифицированных на более чем 50-60 000 футов.