(str. 139 "Podręcznik nawigacji lotniczej" W. Wyrozumski.)

4. WYSOKOŚĆ LOTU I WYSOKOŚCIOMIERZ

4.1 WYSOKOŚĆ LOTU - UKŁADY ODNIESIENIA

Wysokość lotu H jest to pianowa odległość statku powietrznego od dowolnego poziomu przyjętego umownie za początek pomiaru (zero wysokości).

Wysokość lotu przyjęto mierzyć w dwóch niezależnych od siebie układach odniesienia: ziemskim i atmosferycznym.

W układzie ziemskim odnosi się ją do powierzchni ziemi, a w u­kładzie atmosferycznym - do otaczającego statek powietrzny po­wietrza.

Wysokości mierzone w układzie ziemskim naszą nazwę wysoko­ści geometrycznych (są to rzeczywiste pionowe odległości statku od przyjętego poziomu powierzchni ziemi), a w układzie atmo­sferycznym - wysokości barometrycznych, związanych z piono­wym rozkładem ciśnienia i temperatury powietrza otaczającego Ziemię.

Jako poziom odniesienia (zero wysokości) w układzie ziemskim przyjmuje się średni poziom morza (MSL - Mean Sea Level), poziom (wzniesienie) lotniska lub poziom przelatywanego terenu (AL - Airfield Level; GL - Ground Level), a w układzie atmo­sferycznym - powierzchnię izobaryczną odpowiadającą aktualne­mu ciśnieniu atmosferycznemu na średnim poziomie morza lub aktualnemu ciśnieniu lotniska zredukowanemu do ciśnienia na średnim poziomie morza (QNH - Actual Setting on MSL), aktu­alnemu ciśnieniu atmosferycznemu na poziomie lotniska (QFE - ­Actual Setting on Airfield Elevation) lub innego punktu na powierzchni ziemi, standardowemu ciśnieniu atmosferycznemu (QNE lub STD - Standard Setting), wynoszącemu 1013,25 hPa {760 mm 1-Ig; 29,92 cali Hg).

Wysokość lotu wyraża się w metrach lub stopach. ­

4.2 GEOMETRYCZNE WYSOKOŚCI LOTU

W przypadku przyjęcia za początek pomiaru poziomu powierzchni ziemi rozróżnia się następujące, geometryczne rodzaje wysokości lotu: wysokość rzeczywistą, wysokość względną i wysokość bez­względną.

Rzeczywistą wysokością lotu H_r nazywa się wysokość lotu mie­rzoną od poziomu terenu, nad którym statek powietrzny prze­latuje w danej chwili.

Poziom terenu jest określany wysokością terenu Hter względem średniego poziomu morza. Wysokość tę określa się na podstawie mapy.

Do bezpośredniego pomiaru rzeczywistej wysokości lotu stosuje się radio wysokościomierze. Wysokość tę można również określić podczas lotu za pomocą celownika (wizjera) według czasu zmiany kąta pionowego obiektu (kątowy sposób pomiaru Hr).

Względną wysokością lotu H_wzg nazywa się wysokość lotu mie­rzoną od poziomu lotniska startu (lądowania). Na rysunku (???)pokazano względne wysokości lotu podczas latu poziomego (linie ciągłe) i podczas wznoszenia (linie przerywane).

Poziom (wzniesienie) lotniska jest określany wysokością lotniska H_lotn względem średniego poziomu morza . Za poziom (wzniesienie) lotniska przyjmuje się poziom progu drogi startowej lub najwyższego punktu pola wzlotów. Wysokość tę odczytuje się z mapy bądź też, w odniesieniu do lotnisk cywilnych, ze Zbio­ru Informacji Lotniczych.

Różnicę algebraiczną między wysokością terenu i wysokością lot­niska startu, lądowania lub innego punktu na trasie nazywa się poprawką terenową ΔH­_ter.

Jeżeli teren jest położony wyżej niż lotnisko, poprawka jest .do­datnia, jeżeli niżej - ujemną. Bezwzględną wysokością lotu Hbwzg nazywa się wysokość lotu mierzoną od średniego poziomu morza. Na rysunku (???)pokazano bezwzględne wysokości lotu podczas lotu poziomego (linie ciągłe) i podczas wznoszenia (linie przerywane).

Zamiast wyrażeń: rzeczywista wysokość lotu, bezwzględna wy­sokość lotu, względna wysokość lotu, używa się najczęściej wy­rażeń: wysokość rzeczywista, wysokość względna, wysokość bez­względna.

4.3 WYSOKOŚCI BAROMETRYCZNE

Główną metodą stosowaną do pomiaru wysokości lotu jest metoda barometryczna, umożliwiająca określanie i utrzymanie stałej wy­sokości lotu względem wybranej powierzchni izobarycznej (po­wierzchni jednakowego ciśnienia atmosferycznego).

Barometryczna metoda pomiaru wysokości jest oparta na zasa­dzie pomiaru ciśnienia atmosferycznego (statycznego), zmieniają­cego się z określoną prawidłowością ze wzrostem wysokości lotu.

Prawidłowość tę określa wzór Laplace'a.

gdzie:

18 400 - stała barometryczna,

273,15 - temperatura, w K,

H - wysokość lotu, w m,

t_śr - średnia temperatura warstwy powietrza, w °C;

PZ - ciśnienie atmosferyczne przy powierzchni ziemi, w hPa lub mm Hg,

P_H - ciśnienie atmosferyczne na wysokości lotu, w hPa lub mm Hg.

Zależność zmian ciśnienia atmosferycznego od zmian wysokości lotu charakteryzuje również stopień baryczny h. Stopień baryczny (zwany również stopniem barometrycznym) jest różnicą wysoko­ści odpowiadającą zmianie ciśnienia o jednostkę ciśnienia (1 hPa lub 1 mm Hg). Stopień baryczny na różnych wysokościach jest różny i ze wzrostem wysokości zwiększa się.

Wartość stopnia barycznego zależy od temperatury i ciśnienia atmosferycznego. Zależność tę wyraża wzór:

w którym:

h - stopień baryczny w m,

t_H - temperatura powietrza na wysokości, dla której określa się stopień baryczny w °C,

α - współczynnik rozszerzalności objętościowej powie­trza, wynoszący 0,00366 ≈ 1/273,15 '

P_H - ciśnienie atmosferyczne na wysokości w mm Hg,

8000 - wysokość jednorodnej atmosfery izotermicznej.

Praktycznie, jako wartość stopnia barycznego do wysokości 500 m, przyjmuje się 8,25 m na 1 hPa lub 11 m, na 1 mm Hg, a na wysokości 20 000 m stopień baryczny wynosi 116,25 m/hPa lub 155 m/mm Hg.

Przyrząd lotniczy umożliwiający pomiar wysokości lotu omówio­ną metodą nosi nazwę wysokościomierza barometrycznego.

Wysokościomierz barometryczny jest w swej istocie barometrem, wyposażonym nie w podziałkę ciśnienia atmosferycznego, lecz w odpowiadającą jej równomierną podziałkę wysokości. Wysokościomierz barometryczny jest wyposażany w pokrętło po­działki ciśnienia atmosferycznego i wskazówek, za pomocą które­go można ,nastawić mechanizm wysokościomierza tak, aby przy­rząd mierzył wysokość od wybranej powierzchni izobarycznej.

Za podstawę skalowania wysokościomierza barometrycznego przy­jęto warunki Międzynarodowej Atmosfery Wzorcowej - MAW (ISA - International Standard Atmosphere, zał. 3), tzn. przyjęto, że ciśnienie atmosferyczne na średnim poziomie morza wynosi Po=760 mm Hg (1013,25 hPa), temperatura powietrza na śred­nim poziomie morza
t₀ =+15°C i pionowy gradient temperatury γ=0,0065°/m (γ =6,5°/km, 0,00198°/ft). Ponieważ między wysoko­ścią i ciśnieniem istnieje zależność logarytmiczna, równomierna podziałka ciśnienia byłaby nierównomierna dla wysokości i od­wrotnie. W celu wyeliminowania tej niedogodności uwzględniono odpowiednio zależność logarytmiczną w mechanizmie przekazu­jącym ruch puszek aneroidowych na wskazówki, dzięki czemu podziałka wysokości jest równomierna i nie odgrywa roli, od jakiego jej punktu rozpoczyna się pomiar wysokości. Dzięki temu może być likwidowany błąd niezgodności początkowego ciśnie­nia pomiaru i ciśnienia 1013,25 hPa (760 mm Hg).

Z barometryczną metodą pomiaru wysokości lotu wiąże się po­jęcie barometrycznej wysokości lotu.

Barometryczną wysokością lotu (Hbar) nazywa się wysokość lotu mierzoną od powierzchni izobarycznej o wartości ciśnienia atmo­sferycznego, na które został nastawiony wysokościomierz baro­metryczny (jest to wysokość, jaką wskazywałby wysokościomierz barometryczny, którego wskazania nie byłyby obarczone błędem przyrządowym i aerodynamicznym).

Wysokość barometryczna zwana jest również w polskiej litera­turze nawigacyjnej wysokością ciśnieniową, tzn. wysokością, któ­rej pomiar oparty jest na zależności, jaka istnieje według MAW między wysokością i ciśnieniem atmosferycznym.

Barometryczna wysokość lotu może być mierzona od dowolnej powierzchni izobarycznej przyjętej umownie za zero wysokości, np. odpowiadającej ciśnieniu:

- 1013,25 hPa (760 mm Hg), poznaczonego o kodzie Q skrótem QNE,

- na poziomie lotniska startu lub lądowania, oznaczonego w ko­dzie Q skrótem QFE,

- na poziomie lotniska startu lub lądowania, zredukowanemu do średniego poziomu morza, oznaczonego w kadzie Q skrótami QNH i QFF,

- minimalnemu na trasie lotu, zredukowanemu do średniego poziomu morza.

W praktyce często jest konieczne redukowanie ciśnienia atmo­sferycznego na danym poziomie do średniego poziomu morza. Ciśnieniem atmosferycznym zredukowanym do średniego pozio­mu morza nazywa się takie ciśnienie atmosferyczne, które wska­załby barometr, po przemieszczeniu go pionowo z danego punktu na średni poziom morza.

Ciśnienie atmosferyczne można zredukować do poziomu morza za pomocą dokładnego wzoru, uwzględniającego aktualne war­tości ciśnienia i temperatury na poziomie redukowanym (otrzy­ma się wówczas QFF), ewentualnie za pomocą wzorów przybli­żonych opierających się na wartości ciśnienia i temperatury na tym poziomie zgodnie z MAW (otrzyma się wówczas QNH). Wzór na QFF zakłada, że atmosfera jest, izotermiczna między poziomem morza i poziomem redukowanym (stały pionowy gradient temperatury), a wzory na QNH, że atmosfera między po­ziomem morza i poziomem redukowanym jest izobaryczna (stopień baryczny na poziomie morza i poziomie redukowanym ma jednakową wartość, zgodnie z MAW).

Różnica wyników w rozwiązaniach wynika z zaokrąglenia stopnia barycznego; dokładna wartość średniego stopnia barycznego na poziomie lotniska i poziomie morza wy­nosi: h=11,2112 m/mm Hg.

Redukcja ciśnienia atmosferycznego do poziomu morza za po­mocą wzoru dla QFF jest stosowana przede wszystkim w me­teorologii, podczas opracowywania map topografii barycznej.

Terminologia w zakresie geometrycznych i barometrycznych wy­sokości lotu stosowana w międzynarodowym lotnictwie cywilnym oraz ich odpowiedniki przyjęte w podręczniku:

A (Altitude) - H_bwzg - wysokość bezwzględna, mie­rzona ad średniego poziomu morza.

H (Height) - H_wzg - wysokość względna, mierzona od dowolnego stałego poziomu, różnego od średniego poziomu mo­rza, np. poziomu lotniska startu (lą­dowania).

AA. (Absolute Altitude)

lub

(AGL (Height Above the Ground Leve1) - Hr - wysokość rzeczywista, mierzo­na od aktualnego poziomu terenu np. mierzona za pomocą radiowy­sokościomierza; wysokość obliczona, przez odjęcie (dodanie) wzniesienia (obniżenia) terenu względem śred­niego poziomu morza (liter), od (do) wysokości bezwzględnej (Hb_wzg); wy­sokość ustalona (nakazana) dla przelotu nad określonym wzniesieniem terenu lub przeszkodą.

MSA (Minimum Sector Altitude) - minimalna wysokość bezwzględna wlotu do sektora lotniska lądowania.

MDA (Minimum Descent Altitude) - minimalna (bezpieczna) wysokość bezwzględna zniżania (schodzenia).

MDH (Minimum Descent Height) - minimalna (bezpieczna) wysokość względna zniżania (schodzenia).

MOC (Minimum Obstacle Clearance) -minimalne (bezpieczne) przewyższenie nad przeszkodami; zapas wysokości nad przeszkodami.

DA (Decision Altitude) -minimalna bezwzględna wysokość podjęcia decyzji o kontynuowaniu lądowania lub rozpoczęciu procedury odlotu po nieudanym podejściu; bezwzględna wysokość decyzji.

DH (Decision Height)- minimalna względna wysokość podjęcia decyzji o kontynuowaniu lądowania lub rozpoczęciu procedury odlotu po nieudanym podejściu; względna wysokość decyzji.

Wymienione wysokości mogą być wysokościami geometrycznymi lub barometrycznymi
(z wyjątkiem AA - H_r).

Wysokości barometryczne związane bezpośrednio z barometryczną metodą pomiaru wysokości lotu:

IA (Indicated Altitude)- H_p - wysokość przyrządowa; wysokość wskazywana przez wysokościomierz barometryczny od przyjętej za poziom zerowy powierzchni izobarycznej (odpowiadającego tej powierzchni ciśnienia atmosferycznego, na które nastawiona została podziałka ciśnień wysokościomierza ba­rometrycznego).

CA (Calibrated Altitude) - H_bar - wysokość barometryczna; wysokość przyrządowa Hp poprawiona o ΔHp i ΔHa; wysokość, jaką wskazywałby idealny wysokościo­mierz barometryczny, którego wska­zania nie byłyby obarczone błędem przyrządowym i błędem aerodynamicznym.

PA (Pressure-Altitude) - Hbar std - ciśnienie atmosferyczne wyrażone w jednostkach wysokości według międzynarodowej atmosfery wzorcowej (standardowej); wysokość barometryczna wskazywana przez wysokościomierz barometryczny, bez błędu przyrządowego i aerodyna­micznego, którego podziałkę ciśnień nastawiono na ciśnienie 1013,25 hPa (760 mm Hg).

TA (True Altitude) - H'bar b_wzg - poprawiona bezwzględna wysokość barometryczna, równa wy­sokości geometrycznej nad MSL; bezwzględna wysokość barome­tryczna, poprawiona o poprawkę temperaturową wysokościomierza, u­względniająca niestandardowe zmia­ny ciśnienia ze wzrostem wysokości.

Barometryczna wysokość lotu mierzona od powierzchni izoba­rycznej o ciśnieniu atmosferycznym:

- 1013,25 hPa (760 mm Hg) nosi nazwę barometrycznej wy­sokości standardowej lub wysokości standardowe, (H_bar _std, H_std, H₇₆₀);

- na poziomie lotniska startu lub lądowania nosi nazwę baro­metrycznej wysokości względnej (Hbar wzg);

- na poziomie lotniska zredukowanym do średniego poziomu morza, nosi nazwę barometrycznej wysokości bezwzględnej (Hbar bwzg).

(str. 151 "Podręcznik nawigacji lotniczej" W. Wyrozumski.)

(str. 168 "Podręcznik nawigacji lotniczej" W. Wyrozumski.)

4.7 MINIMALNE (BEZPIECZNE) WYSOKOŚCI LOTU PO TRASIE

4.7.1 WSTĘP

Minimalną (bezpieczną) wysokością lotu po trasie, wykonywa­nego zgodnie z przepisami wykonywania lotów wg wskazań przy­rządów (IFR - Instrument Flight Rules), nazywa się rzeczywistą wysokość lotu, która wyklucza możliwość zderzenia się statku powietrznego z powierzchnią ziemi (wody) oraz przeszkodami te­renowymi w warunkach braku widoczności, bądź też przy wi­dzialności (zasięgu widoczności) mniejszej niż określona w prze­pisach lotów z widocznością (VFR - Visual Flight Ru1es).

Minimalna wysokość lotu może być ustalona dla całej trasy lub dla poszczególnych jej odcinków albo określanego rejonu (sekto­ra). Zgodnie z przepisami wykonywania lotów według wskazań przyrządów (IFR) przyjmuje się rzeczywistą minimalną wysokość lotu równą 300 m nad terenem równinnym i 600 m nad terenem pagórkowatym i nad górami.

Rodzaj terenu przyjęto określać na podstawie względnego prze­wyższenia ukształtowania pionowego terenu, będącego różnicą największej i najmniejszej wysokości bezwzględnej terenu w pro­mieniu 25 km od punktu położonego na nakazanej linii drogi NLD.

W celu oceny terenu (równinny, pagórkowaty, górzysty) danego odcinka trasy lotu należy:

- ustalić na podstawie mapy położenie najwyższego punktu te­renu w pasie 50 km (po 25 km w obydwie strony od osi trasy lotu);

- poprowadzić z tego punktu prostopadłą do odcinka NLD;

- z punktu przecięcia się prostopadłej z NLD zatoczyć okrąg o promieniu 25 km;

- odszukać wewnątrz okręgu, według punktów wysokościowych i poziomic, najmniejszą wysokość bezwzględną terenu, a następ­nie określić względne przewyższenie, jako różnicę między naj­większą i najmniejszą wysokością bezwzględną terenu.

Teren nazywa się równinny, jeżeli względne przewyższenia te­renu nie przekraczają 100 m, pagórkowaty - jeżeli względne przewyższenia terenu są nie większe niż 500 m, i górzysty ­jeżeli te różnice są większe niż 500 m. Jako teren górzysty okre­śla się również teren z różnymi przewyższeniami względnymi o wysokości 2000 m i większej nad poziomem morza.

Minimalne wysokości lotu liczy się od wierzchołka najwyższej przeszkody i uwzględnia w pewnym promieniu (pasie) od przy­puszczalnej pozycji statku powietrznego. Promień (rozmiary pasa) zależy od dokładności nawigacji na danym .odcinku trasy, uwa­runkowanej wyposażeniem pokładowym statku i naziemnymi środkami (pomocami) nawigacyjnymi. Informację o wspomnia­nych wartościach są podawane w przepisach ruchu lotniczego, wydawanych przez krajowe władze lotnictwa cywilnego. Mini­malne wysokości lotu dla dróg lotniczych podane są w zbiorach informacji lotniczych.

Wysokość minimalną utrzymuje się za pomocą wysokościomierza barometrycznego, który wskazuje wysokość przyrządową wzglę­dem ciśnienia nastawionego na podziałce ciśnień.

W obliczeniach przyrządowej minimalnej wysokości lotu załoga powinna w ogólnym przypadku uwzględniać: rzeźbę terenu, wy­sokość przeszkód terenowych, rozkład ciśnienia atmosferycznego na trasie i tendencję jego zmiany w czasie lotu oraz poprawki: temperaturową, aerodynamiczną i przyrządową.

Przyrządową minimalną (bezpieczną) wysokość lotu oblicza się w zależności od wyjściowego ciśnienia atmosferycznego, wzglę­dem którego wysokościomierz barometryczny wskazuje wyso­kość.

4.7.2 OBLICZANIE PRZYRZĄDOWEJ MINIMALNEJ WYSOKOŚCI LOTU

W przypadku gdy wysokościomierz wskazuje wysokość względem ciśnienia atmosferycznego na poziomie lotniska (QFE), przyrzą­dową minimalną wysokość lotu oblicza się według wzoru:

gdzie:

H_{r min} - rzeczywista minimalna wysokość lotu,

ΔH_ter - poprawka terenowa (różnica algebraiczna mię­dzy wysokością najwyższego punktu terenu i wysokością lotniska w pasie, którego oś stanowi odcinek trasy; przeważnie przyjmuje się szerokość takiego pasa równą 50 km, tj. po

25 km w obydwie strony od osi trasy);

ΔH_prz - przewyższenie wierzchołka najwyższej przeszkody terenowej nad najwyższym punktem terenu w pasie o szerokości po 25 km od osi trasy;

P_{lotn zr} - ciśnienie atmosferyczne na poziomie lotniska, zredukowane do średniego poziomu morza;

P_{tr min zr} - minimalne ciśnienie atmosferyczne przy ziemi na odcinku trasy, zredukowane do średniego poziomu morza z uwzględnieniem czasu lotu na tym odcinku (z uwzglednieniem tendencji barometrycznej);

ΔH_t - poprawka temperaturowa wysokościomierza;poprawkę tę można obliczać według wzoru:

gdzie: t_z-temperatura w ˚C, w punkcie minimalnego ciśnienia atmosferycznego,

ΔH_a - poprawka aerodynamiczna wysokościomierza;

ΔH_p - poprawka przyrządowa wysokościomierza.

(str. 171 "Podręcznik nawigacji lotniczej" W. Wyrozumski.)

"Podręcznik nawigacji lotniczej" - W. Wyrozumski

Wysokość lotu i wysokościomierz.

Strona 6 z 6

---