Как работает вариометр энергии?

Вариометр энергии дает изменение скорости полной энергии самолета, выраженное в вертикальных узлах.

Традиционный вариометр дает вертикальную скорость самолета, полученную из изменения барометрического давления. Это очень полезно для скользить, специально ища термальс которые поднимают вас вверх. Проблема с обычными вариометрами заключается в том, что они не указывают, почему планер поднимается; это связано с тепловым / гребневым ветром или это потому, что пилот потянул вверх, и самолет теряет скорость.

Когда самолет поднимается в тепловом или гребневом ветре, общая энергия увеличивается. Когда самолет поднимается, в то время как он обменивает скорость на высоту, полная энергия постоянна (пренебрегая сопротивлением).

---

Уравнения энергии

Полная энергия-сумма кинетической энергии и потенциальной энергии:

E T o T = E k i n + E p o t

$E_{tot}=E_{kin}+E_{pot}$

$E_{tot} = E_{kin} + E_{pot}$

Кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости:

E K i N = 1 2 M V 2

$E_{kin}=\frac{1}{2}m{V}^2$

$E_{kin} = \tfrac{1}{2}mV^2$

Потенциальная энергия пропорциональна высоте:

E p o T = m g h

$E_{pot}=mgh$

$E_{pot} = mgh$

Таким образом, изменение полной энергии является результатом изменений кинетической и потенциальной энергии.

Δ E t o T = Δ E k i N + Δ E p o T = 1 2 m Δ (V 2) + m g Δ h

$\mathrm{\Delta }{E}_{tot}=\mathrm{\Delta }{E}_{kin}+\mathrm{\Delta }{E}_{pot}=\frac{1}{2}m\mathrm{\Delta }(V^2)+mg\mathrm{\Delta }h$

$\Delta E_{tot} =\Delta E_{kin} +\Delta E_{pot}= \tfrac{1}{2}m\Delta(V^2)+mg\Delta h$

Дифференциация по времени дает:

d E t o t D T = m V D V D T + m g D h D t

$\frac{\text{d}{E}_{tot}}{\text{d}t}=mV\frac{\text{d}V}{\text{d}t}+mg\frac{\text{d}h}{\text{d}t}$

$\frac{\textrm{d}E_{tot}}{\textrm{d}t} =mV\frac{\textrm{d}V}{\textrm{d}t}+mg\frac{\textrm{d}h}{\textrm{d}t}$

Climbrate (d h D t

$\frac{\text{d}h}{\text{d}t}$

$\frac{\textrm{d}h}{\textrm{d}t}$) в результате обмена кинетической энергией на потенциальную энергию может быть выражена:

d h D T = — V g d v D t

$\frac{\text{d}h}{\text{d}t}=-\frac{V}{g}\frac{\text{d}V}{\text{d}t}$

$\frac{\textrm{d}h}{\textrm{d}t} = -\frac{V}{g}\frac{\textrm{d}V}{\textrm{d}t}$

с — D V D t

$-\frac{\text{d}V}{\text{d}t}$

$-\frac{\textrm{d}V}{\textrm{d}t}$ будучи замедление.

Это коррекция, которая применяется к обычному вариометру для получения энергии вариометра. Это может быть сделано электронным способом, но удивительно, что это также может быть сделано путем измерения механического давления.

---

Измерения полной энергии и давления

Когда мы смотрим на измерения давления, которые используются для расчета скорости воздуха, есть поразительное сходство с уравнением энергии.

Трубка Пито, обращенная к входящему воздушному потоку, измеряет общее давление, которое является суммой статического давления Ps

$P_s$

$P_s$ и динамическое давление qc

$q_c$

$q_c$

Динамическое давление, которое является мерой для воздушной скорости, задается

P T = P s + q c = P s + 1 2 ρ V 2

$P_t=P_s+q_c=P_s+\frac{1}{2}\rho V^2$

$P_t =P_s+q_c =P_s + \tfrac{1}{2}\rho V^2$

Заметить что qc

$q_c$

$q_c$ масштабируется пропорционально кинетической энергии. Статическое давление изменяется с высотой, но уменьшается при увеличении потенциальной энергии.

При установке трубки Пито назад с портом полного давления смотря на Назад, измерение полного давления изменило бы к:

P T = P s—q c = P s—1 2 ρ V 2

$P_t=P_s-q_c=P_s-\frac{1}{2}\rho V^2$

$P_t =P_s-q_c =P_s - \tfrac{1}{2}\rho V^2$

Когда самолет обменивает кинетическую энергию на высоту, скорость падает, поэтому термин

— 1 2 ρ V 2

$-\frac{1}{2}\rho V^2$

$-\tfrac{1}{2}\rho V^2$ увеличится в стоимости (станет менее отрицательным).

В то же время, статическое давление Ps

$P_s$

$P_s$ уменьшается с той же суммой из-за подъема. В результате измерение полного давления из этого кормового порта остается неизменным, когда полная энергия воздушного судна постоянна. Вот почему порт Пито, обращенный к корме, называется зондом полной энергии (te probe).

Скорость изменения Pt

$P_t$

$P_t$ является прямой мерой скорости изменения полной энергии. Таким образом, в то время как обычный вариометр измеряет скорость изменения статического давления, энергетический вариометр измеряет скорость изменения общего давления кормового порта Пито.

---

Для того чтобы работать наиболее хорошо, зонд TE должен находиться в безмятежном воздухе. Это трудно, так как сам зонд находится впереди напорного порта, поэтому всегда есть некоторая турбулентность, влияющая на измерение. Общий подход должен иметь зонд, торчащий перед вертикальным стабилизатором.

Порт давления на конце пробки, смотря на вертикальную плоскость кабеля:

Вариометр подобен аппаратуре к как VSI (вертикальному индикатору скорости) или vvi (вертикальному индикатору скорости).

Они очень важны в планерах (то, что на картинке изображено), так как указывают на наличие поднимающегося или опускающегося воздуха. В приведенном в действие полете, они использованы для указания ровного полета (или для того чтобы установить пожеланный тариф спуска).

Планеры используют откалибрированные вариометры (вышеупомянутые вариометры энергии ), по мере того как uncalibrated вариометр совместит тариф раковины или подъем воздушных судн с тарифом раковины или подъемом airmass.

Насколько это работает,

В большинстве планеров компенсация полной энергии достигается путем подключения вариометра к атмосфере через «зонд полной энергии», который создает вакуум, пропорциональный квадрату скорости воздуха планера—в действительности, отрицательный Пито. Альтернативно, вычитание может быть сделано в электронном виде бортовым компьютером на основе указанной воздушной скорости (pitot).

Эта статья дает более подробное объяснение, особенно в том, что касается изменений в энергии:

Вариометр TE не показывает вертикальную скорость. Это показывает скорость изменения полной энергии планера на единицу веса-поэтому это имя. Он измеряет изменение полной энергии планера, которая является суммой потенциальная энергия (пропорциональная высоте) и кинетическая энергия (пропорциональная к квадрату скорости). Его показание можно рассматривать только как равное истинной вертикальной скорости в случае, когда кинетическая энергия не изменяется, другими словами: где абсолютное значение скорости (воздушной скорости) остается постоянный. Напротив, некомпенсированный Варио будет измерять скорость изменения только потенциальной энергии, что означает скорость изменения высоты или истинную вертикальную скорость, независимо от того, изменяется ли скорость планера или нет. Вывод: два типы вариометров указывают на то же самое только когда скорость планера не изменение.

Если вы ищете точную формулу, эта статья показывает, как вычислить отношение между полной энергией и давлением.

TL; DR : вариометр полной энергии показывает присутсвие термальс или других изменений в полной энергии путем извлекать энергии «торгует» от изображения (например скорости воздуха для высоты), которая показала бы по-разному на нормальном VSI.