Почему существует разница между скоростью GPS и скоростью индикатора?

Вопросы / ответы › Почему существует разница между скоростью GPS и скоростью индикатора?

0 +1 -1

flyman Админ. спросил 5 лет назад

Я просто играл с симулятором полета и заметил, что GPS показывает разную скорость от индикатора скорости в кабине. Кроме того, скорость GPS выше, чем индикатор. Есть идеи почему?

Источник

Теги вопроса:airspeed, flight-instruments, flight-приборы, gnss

flyman Админ. ответил 5 лет назад

хвост или встречный ветер?

flyman Админ. ответил 5 лет назад

На самом деле, я не уверен

flyman Админ. ответил 5 лет назад

OP, @ratchetfreak давал вам ответ, а не задавал вам вопрос. 🙂

5 ответ

0 +1 -1

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Индикатор скорости в кабине показывает указанную скорость . Указанная скорость полета обычно отличается от скорости GPS из-за ветра и аэродинамических эффектов.

Скорость GPS — это ваша скорость по отношению к Земле. Если вы стоите на твердой земле, он читает 0. Если он читает 100 узлов вы будете 100 нм от того, где вы сейчас находитесь в течение одного часа, до тех пор, как вы продолжаете летать по прямой линии.

Скорость полета-это скорость самолета относительно окружающего воздуха. Так что если вы стоите на твердой земле с 20 узлов ветер дует в лицо, ваша скорость полета будет 20 узлов. Если вы летите со скоростью 100 узлов против встречного ветра в 20 узлов, ваша наземная скорость составляет 80 узлов. Если вы делаете 100 узлов воздушной скорости с попутным ветром 20 узлов, ваша скорость GPS читает 120 узлов.

Но даже в условиях спокойного ветра индикатор воздушной скорости будет читать иначе, чем скорость GPS . Это связано с тем, как измеряется скорость полета.

Скорость воздуха измеряется с помощью трубки Пито. Трубка Пито имеет два порта измерения давления. Тот, который измеряет общее давление $P_{t}$

P_{t}

$P_t$ . Этот порт обращен к входящему воздушному потоку. Другие измерения статическое давление $P$

P

$P$ и помещен перпендикулярно к воздушному потоку. Разница между 2 давлениями вызвана давлением удара (подъемом давления делает к воздушному потоку плотно сжимая пробку pitot) и обозначена $q_{c}$

q_{c}

$q_c$ .

Давление удара отнесено к скорости воздушного потока трубка Пито подвергается действию. Если поток считается несжимаемым (что является приемлемым приближением для скоростей до 200 узлов), то ударное давление может быть получено из уравнения Бернулли.

$q_{c} = \frac{1}{2} ρ V^{2}$

q_{c} = \frac{1}{2} ρ V^{2}

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

$q_{c}$
$ρ$
$V$

Индикатор воздушной скорости калибруется для стандартных условий уровня моря, где $ρ$

ρ

$\rho$ 1.225 кг / м3 . В действительности самолет будет летать на высоте, и поэтому фактическая плотность воздуха ниже. Поэтому указанная скорость полета также будет ниже. Например, если самолет летит со скоростью 75 м/с (около 146 узлов) на высоте 6000 футов, плотность составит 1,02393 кг / ^м3.

$q_{c} = \frac{1}{2} 1.02393 \cdot 75^{2} = 2879.8 Pa$

q_{c} = \frac{1}{2} 1.02393 \cdot 75^{2} = 2879.8 Pa

$q_c = \frac{1}{2} 1.02393 \cdot 75 ^2 = 2879.8 \textrm{ Pa}$

Эквивалентная скорость полета на уровне моря для того же $q_{c}$

q_{c}

$q_c$ есть:

$V_{E A S} = \sqrt{\frac{2 q_{c}}{ρ_{0}}} = \sqrt{\frac{2 \cdot 2879.8}{1.225}} = 68.6 m/s$

V_{E A S} = \sqrt{\frac{2 q_{c}}{ρ_{0}}} = \sqrt{\frac{2 \cdot 2879.8}{1.225}} = 68.6 m/s

$V_{EAS} = \sqrt{\frac{2 q_c}{\rho_0}} = \sqrt{\frac{2 \cdot 2879.8}{1.225}} = 68.6 \textrm{ m/s}$

Ваш индикатор скорости воздуха будет читать только 68,6 м/с (133 узла), несмотря на то, что вы двигаетесь с 75 м / с (146 узлов) по отношению к воздуху.

Преобразование истинной воздушной скорости к соответствующей воздушной скорости может быть сделано сразу мимо:

$V_{E A S} = V \cdot \sqrt{\frac{ρ}{ρ_{0}}}$

V_{E A S} = V \cdot \sqrt{\frac{ρ}{ρ_{0}}}

$V_{EAS} =V\cdot \sqrt{\frac{\rho}{\rho_0}}$

$V_{E A S}$
$V$
$ρ$
$ρ_{0}$

Влияние более низкой плотности на индикатор aispeed становится более выраженным, чем выше вы поднимаетесь. После того, как вы идете быстрее, чем около 100 м/с истинная скорость воздуха эффекты сжимаемости больше не могут быть проигнорированы и выше больше не применяется. Индикаторы воздушной скорости корректируются на влияние сжимаемости и поэтому не используют эквивалентную воздушную скорость, а вместо этого используют калиброванную воздушную скорость для калибровки.

$V_{C A S} = a_{0} \sqrt{5 [{(\frac{q_{c}}{P_{0}} + 1)}^{\frac{2}{7}} - 1]}$

V_{C A S} = a_{0} \sqrt{5 [{(\frac{q_{c}}{P_{0}} + 1)}^{\frac{2}{7}} - 1]}

$V_{CAS}=a_{0}\sqrt{5\left[\left(\frac{q_c}{P_{0}}+1\right)^\frac{2}{7}-1\right]}$

$V_{C A S}$
$a_{0}$
$P_{0}$
$q_{c}$

Давление удара также немного более сложно для сжимаемой подачи:

$q_{c} = P [{(1 + 0.2 M^{2})}^{\frac{7}{2}} - 1]$

q_{c} = P [{(1 + 0.2 M^{2})}^{\frac{7}{2}} - 1]

$\;q_c = P\left[\left(1+0.2 M^2 \right)^\tfrac{7}{2}-1\right]$

Эффективно, чем выше и быстрее вы получите, тем больше разница между указанной скоростью полета и истинной скоростью полета.Например, Mach 0.8 при 40000 футах без ветра приведет к скорости GPS 489 узлов , но калиброванная скорость полета всего 242 узла, что меньше половины.

Поэтому на больших высотах и скоростях указанная скорость полета будет ниже скорости наземной скорости / скорости GPS, если у вас нет экстремального встречного ветра.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Очень подробный ответ, но я чувствую, что он слишком продвинутый и математический, ненужный для случайного энтузиаста (или даже для профессионального пилота). Это больше похоже на учебник по аэродинамике, чем на концептуальный обзор.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

@dvnrrs я пытался написать его таким образом, что при пропуске формул основная концепция по-прежнему встречается. Я включил числовые значения, чтобы проиллюстрировать эффекты, описанные в формулах, и включил текстовые блоки, которые объясняют, что происходит.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

@dvnrrs нет! Пожалуйста, не пропустите математику и объяснение. Несмотря на то, что это больше, чем то, что было предложено, это актуально, полезно и увлекательно, и (как обычно в авиации.sx) я узнал ответ на вопрос, о котором даже не знал. Определенно регистрируя это для справки.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

@dvnrrs может быть приятно разбить ответ на две части. Один для более случайных пользователей и один для более технических пользователей/людей, которые хотят продолжать читать. Это, как говорится, я не думаю, что это слишком плохо, как это.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

@DavidZhang это $\frac{γ}{γ - 1} » role=»presentation»>$

$\tfrac{\gamma}{\gamma - 1}$ и Т $\frac{γ - 1}{γ} » role=»presentation»>$

$\tfrac{\gamma -1 }{\gamma}$ . $γ » role=»presentation»>$

$\gamma$ коэффициент специфических топлений который принят быть 1,4 для воздуха.

0 +1 -1

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Вот очень простая графика того, что вы могли бы видеть:

_{(источник: cadblog.net)}

И вот почему мы приземляемся в встречный ветер, а не в попутный, так как в противном случае мы приземлились бы на более высокой скорости и потребовали бы больше взлетно-посадочной полосы, чтобы остановиться.

GPS измеряет скорость Земли, или абсолютную скорость. Трубка Пито на самолете будет измерять скорость относительно воздушного потока вокруг самолета.

Вот полезная графика som от NASA по относительной скорости:

Сноска: как показывает Ratchet Freak в своем уравнении, вы должны, конечно, помнить, что это упрощает его как полет прямо на ветер и не учитывает направление ветра.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Эта графика заставляет мою голову болеть, но я не могу перестать смотреть на нее

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Указанная «скорость полета» не является скоростью . Совсем.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

@JanHudec для не пилотов или аэрокосмических инженеров, не хотите объяснить?

flyman Админ. ответил 5 лет назад

@NickT: это динамическое давление, выраженное как скорость, с которой это давление будет происходить на уровне моря в стандартных условиях. Есть уже два ответа, которые объясняют это, поэтому мне не нужно.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

В любом случае, пропуская различие между истинной и указанной скоростью полета, этот вопрос вводит в заблуждение. Несмотря на приятную графику.

0 +1 -1

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Другие ответы о ветре верны, но это не то, что вы видите в своей симуляции. То, что вы на самом деле видите, — это разница между истинной воздушной скоростью и указанной воздушной скоростью .

Истинная скорость полета-это фактическая скорость самолета по воздуху. Без ветра это то же самое, что скорость самолета по земле. Это то, что отображает ваш GPS.

С другой стороны, индикатор воздушной скорости-это просто датчик динамического давления. Он работает путем измерять давление воздушного потока штосселя. Но, как известно, по мере подъема в атмосферу воздух становится тоньше — менее плотным, а давление ниже. Это делает индикатор airspeer читать ниже, чем истинная скорость полета.

Причина, по которой это делается, заключается в том, что все важные аэродинамические вещи, которые могут произойти с самолетом (например, остановка), действительно связаны с динамическим давлением, а не с истинной скоростью воздуха.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Откуда вы знаете, что разница в моделировании не из-за скорости Земли против скорости воздуха?

flyman Админ. ответил 5 лет назад

@Articuno, потому что у симов обычно есть ветер по умолчанию (для удобства полета); в вопросе не упоминался ветер; и потому, что формулировка вопроса предложила не-эксперта, который не знал бы о IAS.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

@Articuno (также я пишу программное обеспечение для профессиональных авиасимуляторов и очень привык задавать вопросы о поведении Сима от людей всех типов. Назовем это профессиональной интуицией.)

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Затем я бы добавил эти оговорки в ответ. Люди, отличные от этого конкретного Аскера, придут к этому вопросу. Будущие вопросы будут помечены как дубликаты на основе этого вопроса. Я бы сказал что-то вроде: «это не обязательно то, что вы видите в своей симуляции.- Потому что вполне возможно, что другие ответы верны .

0 +1 -1

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Указанная скорость полета является приближением скорости самолета в воздухе. Ветер может привести к тому, что истинная скорость полета будет отличаться от скорости Земли (что показывает GPS).

Чтобы преобразовать его в наземную скорость, вам нужно знать скорость ветра и добавить их.

{\vec{v}}_{a i r} + {\vec{v}}_{w i n d} = {\vec{v}}_{g r o u n d}

$\vec v_{air}+\vec v_{wind}=\vec v_{ground}$

0 +1 -1

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Я постараюсь дать как можно более простой ответ, но скорость в авиации занимает немного, чтобы получить голову….

Индикатор воздушной скорости кабины (ASI) измеряет указанную воздушную скорость , или IAS, измеренную в узлах. Но IAS технически не скорость вообще. Его можно рассматривать как измерение давления молекул воздуха, протекающих по крылу.

IAS-самая важная скорость, потому что, если давление молекул воздуха, проходящих через крыло, слишком низкое, вы потеряете подъем и остановитесь. Больше скорости, хотя означает больше давления.

На большой высоте молекул воздуха меньше, поэтому давление на крыло меньше. Поэтому, чтобы сохранить такое же давление на крыло (i.e чтобы сохранить те же IAS), вам нужно идти быстрее. True airspeed (TAS) измеряет, насколько быстро вы на самом деле собираетесь. В полете он будет выше МСФО. ТАС не заботится о давлении над крылом-это скорость по воздуху.

Groundspeed (GS) просто tas с добавленным влиянием ветра. Наземная скорость-это скорость самолета по отношению к Земле. Если у вас есть TAS 200kts, А попутный ветер 50kts ваша скорость над землей будет 250kts. Это скорость GPS покажет.