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[34导航] 回答一下关于无线电高度的问题

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东航中国民航大学在线王实名认证人气写手荣誉顾问解疑达人

发表于 2021-1-16 18:57:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
分享即成长。大家好,欢迎关注阮工频道


受疫情影响,最近一直呆在家。今天闲来无事,刚好研究下被问到的无线电高度相关的问题。

关于无线电高度,之前写过一篇:
无线电高度表地面显示-4是怎样实现的?

首先纠正一下原文中-3的错误,在-12/-20到100英尺之间,RA显示的增量是2,所以地面由于飞机晃动,可能会出现-4±2的跳动:

回答一下关于无线电高度的问题-1.jpg



回答一下关于无线电高度的问题-2.jpg

无线电高度表的原理


关于无线电高度表的原理,笼统的解释是:通过向地面发送无线电信号,测量信号从飞机到达地面和返回所需的时间来测量飞机的高度。

最典型的例子是,FL380,RA=1000:

回答一下关于无线电高度的问题-3.jpg


实际情况是下面有一架飞机飞过:

回答一下关于无线电高度的问题-4.jpg


无线电高度表与高压高度表完全不同,因为气压高度表依赖于外部大气压,而气压会随着天气的变化而变化。所以气压高度表不能告诉你距离地面的位置,而无线电高度表只能告诉你离地面有多远。

如果需要了解详细的原理,可以看这个视频:


B站上也有。

看完这个视频,我们可以知道,无线电高度表测的是飞机无线电天线离下部障碍物的最短距离。

同时可以回复下面的问题:
Q1:无线电高度表如何适应飞机的姿态变化的
https://www.airacm.com/read/72704/

求助!飞机平飞和俯仰或翻滚时高度表的天线与水平面的夹角不同,如何保证高度表能准确测高呢?

一架飞机可能有多个传感器,例如,为了给机长和副驾驶提供独立的信息来源,飞机需要两套系统。每个无线电高度表都有两个安装在飞机腹部的天线,一个用来发射无线电信号,另一个用来接收信号。

回答一下关于无线电高度的问题-5.jpg

737NG 无线电系统部件位置


回答一下关于无线电高度的问题-6.jpg 无线的位置

还会经常被问到无线电高度与主起离地高度之前的关系。

Q2:译码显示起飞时RA 8英尺飞机还未离地
起飞时无线电高度表显示为8英尺,但是有一个主轮还显示为地面位,当时带了一个很小的坡度。1°左右。

下面标红的都是同一秒的数据:

回答一下关于无线电高度的问题-7.jpg

这里的RA参数选的不对,地面不是-4而是0


回答一下关于无线电高度的问题-8.jpg

回答一下关于无线电高度的问题-9.jpg


无线电测得的高度是其天线离地的高度,而机组关注的主要是主起离地高度,尤其是在起飞和降落时。在飞机起飞离地前的瞬间,轮子仍然与地面接触;或者在飞机降落主轮开始接地的瞬间,主起还未开始压缩;我们认为此时飞机主起离地的高度是0。但是,此时,飞机的机头是抬起的,机尾是比机头低的。

回答一下关于无线电高度的问题-10.jpg


假设飞机的俯仰角度是θ,飞机各部位高度变化:
ΔH=Dsinθ
D=各部位离飞机主起之前的距离。

以737-800飞机为例,我们看下RA天线离主起的距离:

回答一下关于无线电高度的问题-11.jpg


前起STA 291,前起到主起的距离为51英尺2英寸=614英寸。

回答一下关于无线电高度的问题-12.jpg


RA的四个天线STA分别为390、410和430、450。

随便用一个,比如RA1的发射天线STA430,计算其离主起的机身方向距离:
(51*12+2)-(430-291)=475英寸

回答一下关于无线电高度的问题-1.jpg


假设我们以右主起变为空中前一组数据的俯仰角U8.96来计算:
ΔH=Dsinθ=475*sin(8.96°)=74英寸=6英尺2英寸
此时RA=5,相对于地面时的-4ΔRA=9英尺
ΔRA-ΔH=2英尺10英寸

考虑主起内筒伸出,取最大变化量16英寸(1英尺4英寸):

回答一下关于无线电高度的问题-14.jpg


再考虑1°滚转角度的影响:

回答一下关于无线电高度的问题-15.jpg

左右主起间距18英尺9英寸=225英寸

1°右侧滚转会使右主起降低:
225*0.5*sin(1°)=2英寸

ΔRA-ΔH大于主起内筒伸出+右侧滚转之和,从数据也可以证明飞机已经离地了。

由于QAR每秒数据采样率的问题,再加上译码里RA的精度,以上推导只是为了说明RA天线位置与主起离地高度间的关系,不做其他用途。



回答一下关于无线电高度的问题-16.jpg

RA与俯仰角的关系


飞行员非常想知道主轮离地的高度,如果把RA天线放在主起落架附近,这样它们离地高度就不会随着飞机的转动而改变,不就解决问题了吗?

但是这样会存在一个问题。

回答一下关于无线电高度的问题-17.jpg

747起落架

天线的信号会受到主起落架的影响。特别是当起落架放出或收回的时候,无线电天线的信号可能射到起落架上,从而给出错误的测量结果。所以必须把RA天线放在主起落架的前面或后面。

然而客机无线电高度表的主要用途,是在着陆前测量主轮离地的高度,所以必须考虑正常着陆接地时RA指示接近为0。这样一来就要改变飞机旋转时的RA指示。

因此,飞机的无线电高度系统会设定一个修正,也叫做AID:

回答一下关于无线电高度的问题-18.jpg

 737NG RA AID=57英尺

可能很多人对此理解有误。AID数值设定时,要考虑电缆长度、机身离地距离、拉平角,但是机型设定好后,飞机显示的RA值不会再受飞机拉平角的影响

以737NG飞机为例,AID=57FT,这是由无线电高度表装到飞机上后,通过后部电子设备架的销钉就自动设定了,后面飞机上RA指示,其实就是飞机RA天线测得的其离下部障碍物的高度减去一个固定值,与飞机的俯仰角已经没有关系了。前面的文章已经介绍了,这个数值大概是8英尺,也就是飞机上RA值加上8英尺,就是此时RA天线离地大概距离。

同理,很容易看出,俯仰角度大起飞时,离地RA也会大;着陆也同理。

回答一下关于无线电高度的问题-19.jpg

某737飞机RA(ft)与俯仰姿态(deg)的关系图

蓝色的点横坐标是俯仰角,纵坐标是无线电高度。开始RA=-4,俯仰角-1°左右,飞机开始加速滑跑,在某个时刻,飞行员开始抬前轮,俯仰姿态从0到+6度时,RA读数增加到0。

从这条蓝色虚线,绘制出一条绿色的“最佳拟合”直线,并计算直线的斜率。上图是波音737,斜率为0.44英尺/度,下图是波音747,斜率为1.04英尺/度,因为747飞机更长,天线距离主轮更远。

回答一下关于无线电高度的问题-20.jpg

 747

当然,不同的飞行中有相当大的差异,这主要取决于飞机爬升速率和抬轮旋转速率。

对于 CRJ 900飞机,会是另外的图表:

回答一下关于无线电高度的问题-21.jpg


这是因为CRJ 900飞机RA天线在主起后面。滑行时RA读数大于零,只有当飞机旋转时才会减小。并且由于飞机起飞的俯仰角比着陆时更高,正常着陆接地时RA=0,所以起飞时RA读数降低到0以下,起飞时读数会为负值。

A320也类似,RA天线也位置也在主起的之后,当然,A320在地面RA正常指示为0英尺(0±2)

回答一下关于无线电高度的问题-22.jpg

回答一下关于无线电高度的问题-23.jpg

 A320 RA天线位置

A320为什么能地面让RA刚好指示0英尺呢?这是因为正常着陆时主起落架的伸出长度,刚好能抵消机身俯仰带来的RA天线离地距离减小。当然A320在起降时RA可能也会短暂出现负值,主要受俯仰角度的影响,其次是起飞受主起压缩影响。

参考阅读:
Looking Closely at Radio Altimeters
https://www.flightdatacommunity.com/looking-closely-at-radio-altimeters/

简单说一下RA与主起离地高度的关系,感兴趣的可以自己去计算。






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东航中国民航大学在线王

发表于 2021-1-17 08:39:39 来自手机 | 显示全部楼层
-4只是常见而已,上课时记得RA最低能显示-25ft呢
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发表于 2021-1-30 20:15:40 来自手机 | 显示全部楼层
请教:(430-291)什么意思?STA的数值单位都是英寸吗?
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