Алтиметар

Пример авионског алтиметра који показује висину од 10 180 ft.

Алтиметар или висиномер је инструмент који се користи за мерење надморске висине објекта у односу на одређени фиксирани ниво.^[1][2] Мерење надморске висине назива се алтиметрија, што је повезано са појмом батиметрија,^[3][4][5] мерење дубине под водом. Најчешћа јединица за калибрацију висиномера широм света су хектопаскали (hPa), осим у Северној Америци^[6][7] (нерачунајући Канаду^[8]) и Јапану где се користе инчи живе (inHg).^[9] Да би се добило тачно очитавање надморске висине у стопама или метрима, локални барометарски притисак мора бити исправно калибрисан коришћењем барометријске формуле.

Историја

Научне принципе који стоје иза висиномера је први написао свештеник Александар Брајс, шкотски министар и астроном 1772. године, који је увидео да се принципи барометра могу прилагодити за мерење висине.^[10]

Барометарски алтиметри

Висина може бити одређена на основу мерења атмосферског притиска. Што је већа висина то је притисак мањи. Када барометар може бити нелинеарно калибрисан да може да показује висину, он се назива барометарски алтиметар. Овакав тип висиномера присутан је у највећем броју ваздухоплова, а користе га и падобранци. Планинари и слободни пењачи користе уређаје који изгледају попут ручног сата.

Калибрација алтиметра се може описати следећој једначином:^[11]

${\displaystyle h=c\;T\;\log {\frac {p_{0}}{p}}}$

где је c константа, T апсолутна температура, p притисак на висини h, а p_o притисак на нивоу мора. Константа c зависи од гравитационог убрзања и моларне масе ваздуха. Ипак, појединац треба бити свестан да очитавања оваквих уређаја могу варирати у стонинама стопа због наглог промена ваздушног притиска услед нпр. хладних фронтова.^[12]

Примена у планинарењу и пењању

Барометарски висиномери, коришћени уз топографску карту, могу помоћи у одређивању локације. Осим тога што је поузданији, он је и често тачнији од GPS пријемника. Наиме, GPS може бити недоступан због надморске висине, заклоњености или неког другог фактора, док се атмосферски притисак мења упоредо са временом, те кориснице овакве опреме мору да подесе своје инструменте када се задесе на познатој висини, попут обележеног врха на топографској карти.

Примена у падобранству

Дигитални падобрански алтиметар постављен на зглоб у моду дневника, приказује посљедњи снимљени профил скока.

Падобранац у слободном паду, користе ручни висиномер. Видљиво је аналогно лице, које приказује бојом кодиране висинске опсеге одлучивања. Приказани алтиметар је електронски, упркос тога што користи аналогни дисплеј.

Висиномер је најважнији део опреме при скакању с падобраном, изузев самог падобрана. Познавање висине је пресудно у сваком тренутку током скока и одређује одговарајући респонс за одржавање сигурности.

Будући да је увид у висину толико важан у падобранству, постоји широк распон дизајна висиномера посебно израђених за кориштење у спорту, а нестудентски падобранац ће обично користити два или више висиномера у једном скоку.^[13]

Примена у ваздухопловству

Пресек који показује делове сензитивног авионског алтиметра

Пример највише коришћеног типа авионских барометара

У ваздухопловству, барометарски висиномер мери атмосферски притисак спољне средине помоћу Пито-статичког система. Ваздушни притисак се смањује са повећањем висине - приближно 100 hPa на 800 m, одн. 1 mmHg на 1000 ft изнад нивоа мора.

Овакав висиномер је калибрисан да показује притисак као висину изнад нивоа мора, у сагласности са математичким моделом дефинисаним Међународним атмосферским стандардом (International Standard Atmosphere (ISA)). Старији авиони користе једноставни барометар где казаљка може начинити мање од једног обртаја на скали од нуле до неког максимума. Овај дизајн је касније еволуирао у дизајн где примарна игла и једна или више секундарних игала показује број револуција, слично сату. Другим речима, свака казаљка показује различиту цифру измерене висине. Ипак, овај дизајн јесте напуштен јер је лако погрешити при читању мерења, поготово у стресним ситуацијама. Све наведено је довело до дизајна у коме свака револуција једне казаљке вреди хиљаду стопа, док се број хиљада стопа показује на одометру. Да би пилот одредио висину летелице, он мора прво погледати број хиљада, а након тога одредити положај казаљке, тј. очитати стотине стопа. Последњи је најкоришћенији тип алтиметра, а са комерцијалних и војних авиона постао је стандард у општој авијацији.

Модерни авиони користе подесиви алтиметар, на коме се може подесити референтни притисак (притисак нивоа мора). Референтни притисак се мери у инчима живиног стуба у САД и Канади, док се у другим државама користе хектопаскали (раније милибари), који се показује на Колмановом прозору. Подешавање је неопходно јер атмосферски притисак зависи од локације, температуре и кретања ваздушних маса у атмосфери.

У терминологији ваздухопловства, локални ваздушни притисак на нивоу мора се назива QNH, а притисак који би калибрисао алтиметар да показује висину изнад тла за задату тачку се назива QFE. Алтиметар се не може подешавати за промене у температури ваздуха. Разлике у температуре ISA модела изазивају грешке индиковане висине.

Механички алтиметри са дијафрагмом се замењују интегрисаним системом који се назива Air data computer (ADC),^[14] који мери висину, брзину, спољашњу температуру и пружа много прецизније излазне податке.

Глобални позициони систем

Глобални позициони систем^[15][16][17] (ГПС) пријемници такође могу да одреде висину трилатерацијом са четири или више сателита. У ваздухоплову висина утврђена коришћењем аутономног ГПС-а није довољно поуздана да замени притисни висиномер без примене неке од метода кориговања.^[18] У пешачењу и планинарењу, често се дешава је да је надморска висина измерена ГПС-ом нетачна за чак 120 m (390 ft) у зависности од сателитске оријентације.^[19]

Референце

1. Мишић, Милан, ур. (2005). Енциклопедија Британика. В-Ђ. Београд: Народна књига : Политика. стр. 61. ISBN 86-331-2112-3. 
2. Wragg, David W. (1973). A Dictionary of Aviation (1st изд.). Reading: Osprey. стр. 33. ISBN 0-85045-163-9. 
3. βαθύς, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus
4. μέτρον, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus
5. Wölfl, A.C.; Snaith, H.; Amirebrahimi, S.; et al. (2019). „Seafloor Mapping – The Challenge of a Truly Global Ocean Bathymetry”. Frontiers in Marine Science. 6: 283. doi:10.3389/fmars.2019.00283 . 
6. Mechtly, E. A., 1973: The International System of Units, Physical Constants and Conversion Factors. NASA SP-7012, Second Revision, National Aeronautics and Space Administration, Washington, D.C.
7. U.S. Standard Atmosphere, 1976, U.S. Government Printing Office, Washington, D.C., 1976. (Linked file is 17 Mb)
8. „Manual of Surface Weather Observation Standards (MANOBS) 8th Edition, Amendment”. canada.ca. Government of Canada. децембар 2021. Приступљено 2. 8. 2022. „9.1.3 Units of measurement: The unit of measurement of atmospheric pressure is hectopascals; the corresponding symbol is hPa.” CS1 одржавање: Формат датума (веза)
9. „Aviation's Crazy, Mixed Up Units of Measure - AeroSavvy”. 5. 9. 2014. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
10. „Bryce, (The Rev) Alexander”. 
11. Crocker, Graham Jackson, Chris. „The use of altimeters in height measurement”. www.hills-database.co.uk. Архивирано из оригинала 25. 10. 2017. г. Приступљено 29. 4. 2018. 
12. "How Aircraft Instruments Work." Popular Science, March 1944, p. 118.
13. „What's a Skydiving Altimeter (and How Does It Work?)”. Skydive The Wasatch. Архивирано из оригинала 23. 04. 2015. г. Приступљено 2. 2. 2015. 
14. United States Joint Chiefs of Staff (1988). The official dictionary of military terms. Science Information Resource Center, Hemisphere Publishing. стр. 63. ISBN 0-89116-792-7. 
15. United States Department of Transportation; Federal Aviation Administration (31. 10. 2008). „Global Positioning System Wide Area Augmentation System (WAAS) Performance Standard” (PDF). стр. B-3. Архивирано (PDF) из оригинала 27. 4. 2017. г. Приступљено 3. 1. 2012. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
16. United States Department of Defense (септембар 2008). „Global Positioning System Standard Positioning Service Performance Standard - 4th Edition” (PDF). Архивирано (PDF) из оригинала 27. 4. 2017. г. Приступљено 21. 4. 2017. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
17. Science Reference Section (19. 11. 2019). „What is a GPS? How does it work?”. Everyday Mysteries. Library of Congress. Архивирано из оригинала 12. 4. 2022. г. Приступљено 12. 4. 2022. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
18. Albéri, Matteo; Baldoncini, Marica; Bottardi, Carlo; Chiarelli, Enrico; Fiorentini, Giovanni; Raptis, Kassandra Giulia Cristina; Realini, Eugenio; Reguzzoni, Mirko; Rossi, Lorenzo; Sampietro, Daniele; Strati, Virginia; Mantovani, Fabio (16. 8. 2017). „Accuracy of Flight Altitude Measured with Low-Cost GNSS, Radar and Barometer Sensors: Implications for Airborne Radiometric Surveys”. Sensors. 17 (8): 1889. doi:10.3390/s17081889. 
19. „Official Garmin Support - United States - Support Center”. support.garmin.com. Архивирано из оригинала 04. 03. 2016. г. Приступљено 29. 4. 2018. 

Литература

• Espenschied, Lloyd; Newhouse, Russell (јануар 1939). „A Terrain Clearance Indicator”. The Bell System Technical Journal. 18 (1): 222—234. doi:10.1002/j.1538-7305.1939.tb00813.x. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• „Historic Firsts: Radio Altimeter” (PDF). Bell Labs: 18—19. јануар 1948. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• Colin, Robert (јул 1967). „1967 Pioneer Award: Lloyd Espenschied and Russell C. Newhouse”. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. AES-3 (4): 736—742. doi:10.1109/TAES.1967.5408855. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• François Barlier; Michel Lefebvre (2001), A new look at planet Earth: Satellite geodesy and geosciences (PDF), Kluwer Academic Publishers 
• Smith, David E. and Turcotte, Donald L. (eds.) (1993). Contributions of Space Geodesy to Geodynamics: Crustal Dynamics Vol. 23, Earth Dynamics Vol. 24, Technology Vol. 25, American Geophysical Union Geodynamics Series ISSN 0277-6669.
• Seeber, Gunter (2003). Satellite geodesy. Berlin New York: Walter de Gruyter. ISBN 978-3-11-017549-3. doi:10.1515/9783110200089. 
• Sosnica, Krzysztof (2014). Determination of Precise Satellite Orbits and Geodetic Parameters using Satellite Laser Ranging. Bern: Astronomical Institute, University of Bern, Switzerland. ISBN 978-8393889808. 
• Defense Mapping Agency (1983). Geodesy for the Layman (PDF) (Извештај). United States Air Force. 
• Ogaja, Clement (2022). Introduction to GNSS Geodesy: Foundations of Precise Positioning Using Global Navigation Satellite Systems. Cham, Switzerland: Springer International Publishing AG. ISBN 978-3-030-91821-7. 
• Sosnica, Krzysztof (2014). Determination of Precise Satellite Orbits and Geodetic Parameters using Satellite Laser Ranging. Bern: Astronomical Institute, University of Bern, Switzerland. ISBN 978-8393889808. 
• Klass, Philip (28. 9. 1953). „Single Computer Combines Flight Data”. Aviation Week: 45—48. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• „From the first to the latest”. Air Force Magazine (Nov 1985): 115. 
• Hamlin, Fred; Miller, Eleanor (1957). The Aircraft Year Book for 1956 (PDF). Washington, DC: The Lincoln Press. стр. 171. 
• „Air Data Computer System”. Aviation Week: 5. 2. 5. 1955. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• „New Avionics Standardization Initiative - Standard Central Air Data Computer (SCADC)”. Feedback. Wright-Patterson Air Force Base. II (1): 3. 1979. 
• Standard Central Air Data Computer (PDF). GEC Avionics. 1985. Архивирано из оригинала (PDF) 18. 04. 2015. г. Приступљено 15. 06. 2023. 
• „Standard Central Air Data Computer [SCADC, 1987] :: Rochester Avionic Archives”. 
• „ISD Queen's Award Ceremony :: Rochester Avionic Archives”.