변량계

Variometer

항공에서 가변계(rariometer, RCDI), 상승률 표시기, 수직 속도 표시기(VSI), 수직 속도 표시기(VVI)는 조종사에게 하강 또는 [1]상승 속도를 알리는 데 사용되는 항공기비행 계기 중 하나이다.항공기의 국가 및 유형에 따라 초당 미터, 분당 피트(1ft/min = 0.00508m/s) 또는 매듭(1kn ≤ 0.514m/s) 단위로 보정할 수 있다.일반적으로 항공기의 외부 정압 선원에 연결됩니다.

동력 비행에서 조종사는 특히 선회 기동 중에 수평 비행이 유지되고 있는지 확인하기 위해 VSI를 자주 사용한다.활공에서 계측기는 정상 비행 중에 거의 연속적으로 사용되며, 종종 가청 출력과 함께 조종사에게 상승 또는 하강 공기의 정보를 제공합니다.글라이더에는 일반적으로 두 가지 이상의 변동계가 장착되어 있습니다.단순한 유형은 외부 전원이 필요하지 않으므로 배터리 또는 전원 장착 여부에 관계없이 작동에 의존할 수 있습니다.오디오 기능이 있는 전자 유형은 비행 중에 전원이 작동해야 합니다.조종사가 싱크대에서 방출되는 것을 피하고자 하는 에어로터를 제외하고, 이 기구는 발사 및 착륙 시 거의 관심이 없습니다.

Robinson R22의 수직 속도 표시기.이는 항공기에 사용되는 가장 일반적인 유형으로 수직 속도를 분당 피트(ft/min) 단위로 나타냅니다.
다이어프램 가변계 작동

역사

앤 웰치에 따르면 1930년크론펠트는...알렉산더 리피쉬가 제안한 장치인 변량계를 최초로 사용한 것 중 하나입니다."Welch는 1930년 A에 의해 "최초의 실제 열 급등"이 발생했다고 진술했다.Haller와 Wolf Hirth, 그리고 Hirth는 의 Mustle에 변량계를 사용합니다.프랭크 어빙은 Arthur Kantrowitz가 1940년에 처음으로 총 에너지를 언급했다고 말한다.하지만, 1901년 에 윌버 라이트는 온도에 대해 다음과 같이 썼다. "활공하는 작업자들이 더 나은 기술을 얻었을 때, 그들은 비교적인 안전과 함께 한 번에 몇 시간 동안 공중에서 자신을 유지할 수 있고, 따라서 끊임없는 연습에 의해 지식과 기술을 증가시켜 그들이 높은 공기로 올라가고 전류를 탐색할 수 있다.이는 하늘을 나는 새들이 먼저 원을 그리며 상승한 후 하강 [2][3]각도로 항해함으로써 원하는 지점으로 이동할 수 있게 해준다."

묘사

기존 항공기 수직 속도 표시기의 내부 도식도

Paul McCready에 따르면, "변동계는 본질적으로 누출이 있는 압력 고도계이며, 이는 잠시 전의 고도를 읽게 하는 경향이 있다.플라스크 내부의 압력이 외부 정압보다 약간 뒤떨어지도록 외부 공기로 배출되는 용기로 구성됩니다.상승률은 [4]컨테이너로부터의 공기 유입 또는 유출 속도에서 측정됩니다."

변동계는 고도 변화에 따른 기압(정압)의 변화를 감지해 고도 변화율을 측정한다.일반적인 유형의 가변계에는 다이어프램, 베인(혼), 팽팽한 밴드 또는 전기식 가변계가 포함됩니다.베인 변동계는 코일 스프링을 중심으로 회전하는 베인으로 구성되어 있으며, 챔버를 두 부분으로 나누고 하나는 정적 포트에 연결하고 다른 하나는 팽창 챔버에 연결합니다.전기 가변계는 공기 흐름에 민감한 서미스터 또는 작은 진공 [5][6][7][8]공동 막에 연결된 가변 저항으로 구성된 회로 기판을 사용합니다.

일반적인 항공기 상승률 계측기의 저장 용량을 증가시키기 위해 대형 저장고(보온병 병)를 추가하는 것으로 간단한 변동계를 구성할 수 있다.가장 간단한 전자 형태인 이 기기는 민감한 공기량계를 통해 외부 대기와 연결된 공기 병으로 구성됩니다.항공기가 고도를 변경함에 따라 항공기 외부 기압이 변화하고 공기 병 내부와 항공기 외부 압력을 균등하게 하기 위해 공기 병 내부 또는 외부로 공기가 흐릅니다.공기 흐름의 속도와 방향은 두 개의 자체 가열 서미스터 중 하나를 냉각하여 측정되며, 서미스터 저항 간의 차이로 인해 전압 차이가 발생합니다. 이 값은 증폭되어 파일럿에 표시됩니다.항공기가 상승(또는 하강)하는 속도가 빠를수록 공기의 흐름이 빨라집니다.병에서 흘러나오는 공기는 항공기의 고도가 높아지고 있음을 나타냅니다.병으로 유입되는 공기는 항공기가 하강하고 있음을 나타냅니다.

새로운 가변계 설계는 압력 센서를 사용하여 대기의 정압을 직접 측정하고 공기 흐름을 측정하는 대신 기압 변화에 따라 고도의 변화를 직접 감지합니다.이러한 디자인은 에어 보틀이 필요하지 않기 때문에 더 작은 경향이 있습니다.온도 변화에 영향을 받는 병이 없고 연결 튜브에서 누출이 발생할 가능성이 적기 때문에 신뢰성이 더 높습니다.

위에서 설명한 설계는 항공기의 고도 변화에 따른 정적 압력의 변화를 자동으로 감지하여 고도 변화율을 측정하는 것으로 "보상되지 않은" 변동계라고 한다."수직 속도 표시기" 또는 "VSI"라는 용어는 동력 항공기에 설치된 계측기에 가장 많이 사용됩니다."변수계"라는 용어는 기기가 글라이더 또는 돛단배기에 설치될 때 가장 많이 사용됩니다.

"관입 리드" 또는 "즉시" VSI(IVSI)는 가속도계를 사용하여 수직 [9]속도 변화에 더 빨리 응답합니다.

수직 속도를 노트(kn) 단위로 표시하는 글라이더용 패널 장착 가변계입니다.
패러글라이더, 행글라이더발루너용 가변계. 리본 표시기와 숫자 판독치를 모두 사용하여 수직 속도를 나타내며 수직 속도(m/s)를 나타냅니다.

목적

인간은 새나 다른 날아다니는 동물들과 달리 상승과 하강 속도를 직접 감지할 수 없다.변량계가 발명되기 전에, 돛단배 조종사들은 하늘을 나는 것이 매우 어렵다는 것을 알았다.수직 속도의 갑작스러운 변화("바지의 좌석")를 쉽게 감지할 수 있었지만, 그들의 감각은 세면대에서 리프트 또는 강한 리프트와 약한 리프트를 구분하지 못했다.근처에 명확한 시각적 기준이 없는 한 실제 상승/하강률은 추측조차 할 수 없었다.고정된 기준 근처에 있다는 것은 언덕이나 지면에 가깝다는 것을 의미합니다.언덕 위로 올라갈 때(힐의 바람 불어오는 쪽에 가까운 리프트 이용)를 제외하고, 일반적으로 글라이더 조종사가 있기에는 매우 수익성이 없는 위치이다.가장 유용한 형태의 리프트(파도 리프트)는 높은 고도에서 발견되며, 조종사가 가변계를 사용하지 않고 이를 감지하거나 이용하는 것은 매우 어렵다.1929년 알렉산더 리피쉬로버트 크론펠트[10]의해 변량계가 발명된 후, 활공 스포츠는 새로운 영역으로 옮겨갔다.

가변계는 또한 야외 조종사가 바람을 듣지만 상승 또는 하강하는 공기의 영역을 감지하는 데 도움이 되는 가변계가 필요한 발판 행글라이딩에서도 중요해졌다.초기 행글라이딩에서는 짧은 비행이나 능선 리프트에 가까운 비행에는 가변계가 필요하지 않았다.하지만 조종사들이 더 긴 비행을 시작하면서 변동계가 핵심이 되었다.행글라이더에 사용된 최초의 휴대용 변량계는 콜버 변량계로 1970년대에 콜버 서핑 [11]인스트루먼트에 의해 도입되어 크로스컨트리 [12][13]열비행으로 스포츠를 확장시켰다.1980년대에 리처드 하딩 볼(1921-2011)에 의해 1971년에 설립된 볼 바리오미터 주식회사는 9볼트 [14][15]배터리로 구동되는 손목 바리오미터를 생산했다.

총 에너지 보상

이 밴의 항공기 RV-4 경비행기의 VSI는 노란색 직사각형 안에 있다.

하지만 글라이딩이라는 스포츠가 발달하면서, 이러한 매우 단순한 "보상되지 않은" 기구들은 그 한계를 가지고 있다는 것을 알게 되었다.글라이더 조종사들이 날기 위해 정말로 필요한 정보는 글라이더가 경험하는 고도와 속도를 포함한 에너지의 총 변화이다.보상되지 않은 가변계는 단순히 글라이더의 수직 속도를 나타내므로 "스틱 열" 즉, 스틱 입력만으로 인해 고도가 변경될 수 있습니다.조종사가 스틱을 다시 당기면 글라이더는 상승할 뿐만 아니라 감속도 할 것이다.하지만 만약 글라이더가 속도를 바꾸지 않고 상승한다면, 이것은 "스틱 리프트"가 아니라 실제 리프트의 표시이다.

보정 가변계에는 항공기 속도에 대한 정보도 포함되므로 고도 변화뿐만 아니라 총 에너지(잠재적운동적)가 사용됩니다.예를 들어, 조종사가 비행기가 급강하할 때 속도를 높이면서 스틱을 앞으로 밀면 보상되지 않은 변동계는 고도가 낮아지고 있음을 나타낼 뿐입니다.하지만 조종사는 다시 고도를 위해 추가 속도를 바꾸면서 스틱을 다시 끌어올릴 수 있었다.보정된 변동계는 속도와 고도를 모두 사용하여 총 에너지의 변화를 나타냅니다.따라서 스틱을 앞으로 밀고 속도를 높이기 위해 다이빙을 한 후 고도를 회복하기 위해 다시 후진하는 조종사는 보정된 변동계(항력에 의한 에너지 손실 무시)에서 총 에너지의 변화를 알아차리지 못합니다.

Helmut Reichmann에 따르면, "'변수계'라는 단어는 문자 그대로 '변화계'를 의미하며, 이것이 이해되어야 하는 방법이다.추가 정보가 없으면 어떤 변화가 측정되고 있는지 불분명하다.간단한 변량계는...상승률 지표입니다.이러한 계측기에 표시되는 실제 세일플레인 상승 및 싱크는 기단 이동 및 세일플레인 성능에 따라 달라질 뿐만 아니라 공격각도 변화(엘리베이터 이동)에 따라 크게 달라지기 때문에...이 때문에, 예를 들면, 서멀의 위치등의 유용한 정보를 추출하는 것이 사실상 불가능하게 됩니다.상승률 지표는 고도 변화와 그에 따른 돛대의 위치 에너지 변화를 나타내지만, 총 에너지 변동계는 돛대의 총 에너지 변화, 즉 (고도에 의한) 위치 에너지와 (공기에 의한) 운동 에너지 모두를 나타낸다."[5]

대부분의 최신 세일플레인에는 Total Energy 보상 가변계가 장착되어 있습니다.

이론상 총 에너지 보상

견인된 글라이더의 미터법 가변계

항공기의 총 에너지는 다음과 같습니다.

1. tot + Ekin { }}

서 Epot(\ 퍼텐셜 에너지, kin(\ 운동 에너지입니다.따라서 총 에너지 변화는 다음과 같습니다.

2. E tot pot + Ekin \ \} = \ + \

부터

3. 위치에너지는 키에 비례한다.

서 mm은 글라이더 이고 gg는 중력 가속도입니다.

그리고.

4. 운동 에너지는 속도 제곱에 비례한다.

2부터:

5. tot g + 1 m V \ style \ \ { } \ h + { 2) m{ \ V }^{2}

6. 일반적으로 이는 중력가속도와 항공기 질량으로 나누어 유효 고도변화로 변환된다.

실제 총 에너지 보상

Braunschweig 튜브 포함 총 에너지 가변계

총 에너지 가변계는 막 보상기를 사용하거나, 벤추리를 통해 보상하거나, 전자적으로 보상합니다.멤브레인 보상기는 탄성 멤브레인으로서 대기 속도에서 발생하는 총 압력(피토 + 정적)에 따라 휘어집니다.따라서 속도 효과는 가속에 의한 싱크 증가 또는 감속에 의한 싱크 감소를 상쇄한다.벤추리 보상기는 속도가 증가함에 따라 압력이 감소하여 싱크로 인한 정압 증가를 보상하도록 속도 의존형 음압을 공급합니다.Helmut Reichmann에 따르면, "가장 감도가 낮은 벤추리 장착 지점은 수직 지느러미의 윗부분으로, 앞쪽 가장자리에서 약 60cm(2피트) 전방으로 보입니다."Venturi 보상기 유형에는 Irving Venturi(1948), Althaus Venturi, Hütner Venturi, Brunswick Tube, Nicks Venturi 및 Braunschweig [5][8][16][17]Hannover의 Bardowicks에 의해 개발된 이중 슬롯 튜브가 있습니다.

동력 항공기의 총 에너지 변화계는 극소수입니다.동력 항공기의 조종사들은 종종 일정한 고도를 유지하거나 일정한 상승 또는 하강 상태를 유지하기를 원하기 때문에 진정한 고도 변화 속도에 더 관심이 있다.

네트토 변량계

두 번째 유형의 보상 변동계는 Netto 또는 기단 변동계입니다.TE 보상과 더불어 Netto 가변계는 물 밸러스트에 의한 날개 하중에 대해 조정된 특정 속도(극곡선)에서 글라이더의 고유 싱크 속도를 조정합니다.Netto 가변계는 정지된 공기에서 항상 0을 가리킵니다.이를 통해 조종사는 최종 활공(최종 목적지 위치까지의 마지막 활공)에 중요한 공기량의 수직 이동을 정확하게 측정할 수 있습니다.

1954년, Paul McCready는 총 에너지 벤추리의 침하 속도 보정에 대해 썼다.맥크레디는 "아직 공기 중에... 글라이더는 각 비행 속도에서 다른 가라앉는 속도를 가지고 있다...변동계가 자동으로 가라앉는 속도를 더해서 수직 글라이더 운동 대신 수직 공기 운동을 보여주면 더 좋을 것이다"라고 말했다.보정은 다양한 방법으로 할 수 있습니다.아마도 가장 좋은 방법은 총 에너지 벤추리와 피토관에서 나오는 [4]동압을 활용하는 것입니다."라이히만이 설명했듯이, "네토 가변계는 (범선이 아닌) 기단의 상승과 침하를 보여준다.'망' 표시를 달성하려면 돛대의 항상 존재하는 극성 싱크를 표시에서 '보상'해야 합니다.이를 위해 최적의 활공을 위해 속도를 초과하면 돛대의 폴라 싱크 속도가 대기 속도의 제곱에 따라 대략적으로 증가한다는 점을 이용한다.피토 압력도 속도의 제곱에 따라 증가하기 때문에 사실상 전체 속도 [5]범위에서 돛대 폴라 싱크의 효과를 '보상'하는 데 사용할 수 있습니다."Tom Brandes는 "Netto는 단순히 독일어로 'net'이라고 말하고, Netto Variometer System(또는 극지방 보상기)은 일반적인 변량계 [18]수치에서 제외된 돛대 이동 또는 싱크대와 함께 순 수직 공기 움직임을 알려주는 시스템입니다."라고 말합니다.

Relative Netto Variometer는 글라이더가 열처리 속도로 비행할 경우 달성되는 수직 속도를 나타냅니다(현재 공기 속도 및 자세와 무관).이 판독치는 Netto 판독치에서 글라이더의 최소 싱크를 뺀 값으로 계산됩니다.글라이더가 열로 회전할 때 조종사는 기단 대신 글라이더의 수직 속도를 알아야 한다.Relative Netto Variometer(또는 슈퍼 Netto)에는 열 전달을 감지하는 g 센서가 포함되어 있습니다.열 전달 시 센서는 1g 이상의 가속도(중력 + 원심력)를 감지하고 상대 네트토 가변계에게 세일플레인 날개 하중 조정 극 싱크 속도 감산을 중단하도록 지시합니다.이전의 일부 넷토에서는 g 센서 대신 수동 스위치를 사용했습니다.

전자변동계

1954년, 맥크레디는 오디오 변량계의 장점을 지적했다. "변량계 표시를 조종사에게 소리로 제시하면 얻을 것이 많다.조종사가 귀로 판독할 수 있다면 주변의 글라이더를 관찰해 열비행 능력을 향상시킬 수 있고,[4] 다음에 사용할 구름 형성을 연구해 전체적인 비행 능력을 향상시킬 수 있다고 말했다.

현대의 글라이더에서 대부분의 전자 가변계는 악기 판독치에 따라 음높이와 리듬이 달라지는 소리를 생성합니다.일반적으로 오디오 톤은 변동계가 높은 상승률을 나타낼 때 주파수가 증가하고, 변동계가 빠른 하강률을 나타낼 때 깊은 신음 소리를 향해 주파수가 감소합니다.변동계가 상승할 때 톤은 종종 끊어지고 상승 속도가 증가함에 따라 끊어지는 비율이 증가할 수 있지만 하강 중에는 톤이 끊어지지 않는다.정지 공기 또는 최소 싱크에서 글라이더의 일반적인 싱크 속도보다 약한 리프트에서는 일반적으로 정전이 되지 않는다.이 오디오 신호는 조종사가 계측기를 볼 필요 없이 외부 시야에 집중할 수 있게 해 안전성을 향상시키고, 또한 조종사가 유망해 보이는 구름과 다른 상승 징후를 찾을 수 있는 기회를 더 많이 제공합니다.이런 유형의 가청음을 내는 변광계를 "오디오 변광계"라고 합니다.

글라이더의 첨단 전자 가변계는 GPS 수신기로 조종사에게 다른 정보를 제공할 수 있습니다.따라서 디스플레이는 목표에 도달하는 데 필요한 베어링, 거리 및 높이를 표시할 수 있습니다.크루즈 모드(직진 비행에 사용됨)에서는 공기가 상승하는지 또는 가라앉는지에 따라 비행할 수 있는 정확한 속도를 알려주는 신호음도 들립니다.조종사는 다음 허용 온도에서 예상되는 상승 속도인 MacCready 설정을 입력하기만 하면 됩니다.

통제된 공역, 턴포인트 목록, 심지어 충돌 경고와 같은 정보도 제공할 수 있는 비행 컴퓨터를 향한 고급 가변계의 증가 추세가 있다.일부는 또한 추후 분석을 위해 비행 중 위치 GPS 데이터를 저장합니다.

무선 조종 급상승

가변계는 무선 조종 글라이더에도 사용된다.각 가변계 시스템은 글라이더의 무선 송신기와 조종사가 사용하기 위한 지상 수신기로 구성됩니다.설계에 따라서는 수신기가 조종사에게 글라이더의 현재 고도와 글라이더가 고도를 높이고 있는지 여부를 나타내는 디스플레이를 제공할 수 있습니다(대부분 음성 톤을 통해).시스템에서 대기 속도 및 배터리 전압과 같은 매개 변수를 표시하는 다른 형태의 원격 측정이 제공될 수도 있습니다.무선 제어 글라이더에 사용되는 가변계는 총 에너지 보상을 특징으로 할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다.

가변계는 무선 조종 글라이더에서 필수적이지 않습니다. 숙련된 조종사는 일반적으로 글라이더가 시각적 신호만으로 상승 또는 하강하는지 판단할 수 있습니다.무선 조종 글라이더의 일부 급상승 대회에서는 가변계 사용이 금지되어 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 연방항공청, 글라이더 플라잉 핸드북, Skyhorse Publishing Inc, 2007 ISBN1-60239-061-4 페이지 4-7 및 4-8
  2. ^ Welch, Ann (1965). The Story of Gliding. London: John Murray. pp. 80–84. ISBN 0719536596.
  3. ^ Irving, Frank (1999). The Paths of Soaring Flight. London: Imperial College Press. pp. 35–42. ISBN 1860940552.
  4. ^ a b c MacCready, Paul (1954). "Measurements of Vertical Currents". Soaring. Soaring Society of America. 18 (3): 11–19.
  5. ^ a b c d Reichmann, Helmut (1993). Cross-Country Soaring, A Handbook for Performance and Competition Soaring. Iceland: Soaring Society of America, Inc. pp. 142–152. ISBN 1883813018.
  6. ^ "Variometer, Vanetype Variometers". Segelflugbedarf. Retrieved 13 December 2020.
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  9. ^ Federal Aviation Administration (2012). Instrument Flying Handbook (PDF). Washington, DC. pp. 5–8. Retrieved 2016-07-12.
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  11. ^ 영국 행글라이딩 역사의 콜버 비상 기구
  12. ^ 프랭크 콜버, 콜버 변량계
  13. ^ 콜버와 로버츠 변량계의 기원과 역사
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외부 링크