طرق قياس الارتفاعات المستخدمة في الطيران
العميد المهندس / عماد المشهداني
تعتمد معايير ومبادئ سلامة الطيران على مدى مستوى فهم واستيعاب الأسس الفنية المرتبطة بهذا المجال من قبل كافة العناصر البشرية سواء مهندسين أو فننين أو طيارين ، ولذلك فإن الفهم الدقيق لطبيعة العمل على الطائرة يسهم بشكل كبير في رفع مستوى السلامة وتفادي الحوادث الطيرانية ، ومهما اختلفت طبيعة مهام الكادر البشري فإن الإلمام بالمعلومات الشاملة عن الطائرة وجميع العوامل المتعلقة بتحقيق رحلة طيران ناجحة يساعد في تعزيز ورفع المستوى العلمي والمهني وصولاً إلى الغاية المثلى في تنفيذ المهام الطيرانية.
في هذا المقال نتطرق إلى أنواع الارتفاعات المستخدمة في الطيران وآلية قياسها....
يختلف مفهوم الارتفاع الذي نعرفه في حياتنا العامة عن مفهوم ارتفاع الطيران والذي يتوسع ليشمل ثلاثة أنواع من الارتفاعات المستخدمة وهي :
الارتفاع المطلق
وهو ارتفاع الطائرة نسبة إلى مستوى سطح البحر بعد تثبيت الضغط الجوي بواسطة قبضة تثبيت الضغط الموجودة في العداد على ضغط مقداره ( 760 ) ملم عمود زئبق ،و يستخدم عادة هذا النوع من الارتفاعات أثناء اختبار صلاحية الطائرات أو أثناء الطيران الاعتيادي في الجو لمسافات طويلة لغرض الالتزام بمستويات الممرات الجوية المحددة من قبل السيطرات الجوية المحلية والدولية .
الارتفاع النسبي
هو ارتفاع الطائرة نسبة إلى نقطة معينة على الأرض كأن تكون نسبة إلى المطار الذي أقلعت منه الطائرة أو نسبة إلى المطار الذي ستهبط فيه أو نسبة لأية نقطة معلومة على الأرض إذا علمت مقادير الضغوط الجوية فيها ، يستخدم عادة هذا النوع من الارتفاعات أثناء هبوط وإقلاع الطائرات من المطارات .
الارتفاع الحقيقي
هو ارتفاع الطائرة نسبة إلى النقطة أو المكان الذي تحلق من فوقه الطائرة ويتم قياس هذا النوع من الارتفاعات بواسطة عداد الارتفاع الراديوي (عداد الارتفاع اللاسلكي ) ، يستخدم عادة هذا النوع من الارتفاعات أثناء عمليات الهبوط والتقرب من مدرج المطار قبل ملامسة الطائرة معه
مبدأ قياسات الارتفاع
الأساس الذي تعتمد عليه جميع عدادات الارتفاع الميكانيكية والكهروميكانيكية في قياس الارتفاع هو التحسس لتغيرات الضغط الستاتيكي المنقول لها من مستقبلات هذا الضغط وتحويله إلى بيانات ارتفاع أمام الطيار بواسطة شاشات هذه العدادات، وقبل الدخول في تفاصيل آلية عمل الطرق التي يتم فيها قياس ارتفاع الطيران نتطرق الى عنصر مهم وهو معرفة أنواع الضغط الذي يشكل عاملا رئيسيا في حساب ارتفاع الطائرة وعمل العدادات المستخدمة لذلك:
الضغط المطلق PO
ومقداره 760 ملم / عمود زئبق عند مستوى سطح البحر وعند درجة حرارة 15 درجة مئوية .
الضغط النسبي
وهو الضغط الجوي عند نقطة ما على سطح الأرض كأن يكون مطار الإقلاع أو مطار الهبوط أو أي نقطة أخرى.
الضغط الكلي РD
ونحصل عليه عند طيران الطائرة وأثناء وجود سرعة مع نقصان في الارتفاع والضغط الكلي ناتج من جمع الضغطين الستاتيكي والديناميكي
الضغط الديناميكي dynamic pressure
الضغط الديناميكي PD وهو عبارة عن تيارات الهواء المضغوط المصطدم من الأمام بمقدمة الطائرة ، وهو يتناسب طردياً مع سرعة اصطدام الطائرة بالهواء ويعتبر من البارامترات الرئيسية الداخلة في عمل عدادات قياس سرعة الطائرة، وتستخدم الكبسولات المانومترية لقياس الضغط الديناميكي ،وسمي الضغط الديناميكي المؤثر على الطائرةdynamic pressure ) )هذا الضغط بهذا الاسم لأنه يعتمد على ثلاثة متغيرات هي :
• سرعة اصطدام مقدمة الطائرة بالتيارات الهوائية .
• سرعة التيارات الهوائية نفسها .
• اتجاه هذه التيارات الهوائية والتي قد تكون مواجهة لمقدمة الطائرة أو قد يكون تأثيرها جانبياً أو يكون اتجاهها مع اتجاه طيران الطائرة ولكل من هذه الاتجاهات تأثيره عل محصلة الضغط الديناميكي المؤثر على الطائرة .
فالتيارات الهوائية المصطدمة بمقدمة الطائرة ( أي بمقدمة مستقبل الضغط ) والتي تقع في منطقة دوامات هوائية ذات ضغط عالِ تسمى منطقة الضغط الديناميكي dinamic pressure - منطقة الضغط المتحرك - ومقداره يعتمد على العوامل الثلاثة التي ورد ذكرها أعلاه .
الضغط الستاتيكي static pressure
هو ذلك الضغط الذي يتناقص بالطريقة القانونية حيث انه كلما زاد الارتفاع قل الضغط وعادة يقاس الضغط الستاتيكي نسبة إلى الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر المقدر ب ( 760 ) ملم عمود زئبق ، وهو عبارة عن ضغط ساكن يؤخذ من منطقة ضغط ميت لا توجد فيها تيارات هوائية حيث أن التيارات الهوائية المصطدمة بمقدمة الطائرة ( بمقدمة مستقبل الضغط ) تنحرف يمين وشمال الطائرة ( يمين وشمال مستقبل الضغط ) وبما أن هذه التيارات تصطدم بالطائرة بسرعة عالية فالمنطقة الملاصقة لمحيط مقدمة الطائرة ، وكذلك محيط مقدمة مستقبل الضغط ستكون منطقة تخلخل للضغط ويكون الضغط فيها ساكنا لا تعتمد قيمته على سرعة اصطدام التيارات الهوائية كما هو بالنسبة للضغط الديناميكي بل تعتمد قيمته على عامل واحد هو الارتفاع الذي تحلق عنده الطائرة فكلما زاد ارتفاع الطائرة كلما قل الضغط الستاتيكي، أي الضغط الموجود في منطقة التخلخل ولذلك تكون هذه المنطقة قليلة الضغط والمستهلكات التي تتغذى بالضغط الستاتيكي ستمتص الضغط أي سيدخل إلى مواسير نقل هذا الضغط في حالة شفط وليس دفع كما هو حاصل في مواسير نقل الضغط الديناميكي حيث سيدخل إلى مستهلكات الضغط الديناميكي في حالة دفع داخل الأنابيب لأنه سيدخل تحت تأثير الضغط العالي للتيارات الهوائية المصطدمة بالطائرة .
وتجدر الإشارة إلى أن مصممي الطائرات قد اختاروا مواقع مستقبلات الضغط الستاتيكي على جانبي مقدمة أو وسط أو منتصف هياكل الطائرات بحسب نوع الطائرة والمواصفات الايروديناميكية لهيكلها والذي يعتمد بشكل أساس على المهام التي تؤديها كل طائرة والغرض الذي صممت من أجله.
بقي أن أقول في الطائرات التي تطير بمجال سرعات كبيرة تفوق سرعة الصوت فان تغذية المستهلكات التي تتغذى بالضغط الستاتيكي في اللحظة التي تتجاوز سرعة الطائرة لسرعة الصوت تتحول تغذية المستهلكات من مستقبلات ضغط ستاتيكي تقع في مقدمة الطائرة إلى مستقبلات ضغط ستاتيكي تقع إلى الخلف قليلا عنها من مقدمة الطائرة والسبب يعود إلى اختلاف المواصفات الايروديناميكية لهياكل الطائرات أثناء طيرانها بسرعات تفوق سرعة الصوت ،وكذلك عند حصول أعطال في مستقبلات الضغط الديناميكي والستاتيكي يتم تحويل التغذية بالضغوط إلى مستقبلات الضغط الاحتياطية .
طرق قياس ارتفاع الطيران:
طرق إيجاد ارتفاع الطيران تتم بالأجهزة التي بواسطتها يتم قياس ارتفاع الطائرة وتسمى بعدادات الارتفاع. وان أهم وأوسع الطرق المستخدمة في تحديد وقياس ارتفاعات الطيران هما طريقتان الطريقة البارومترية و الطريقة الراديوية ،وتعتمد الطريقة البارومترية في قياس الارتفاع على العلاقة التي يتغير بها الضغط الجوي مع تغير الارتفاع وقياس الارتفاع بهذه الطريقة يعتمد على قياس الضغط الجوي المطلق بواسطة الباروميتر ، أما الطريقة الراديوية ( اللاسلكية ) في قياس الارتفاع فتعتمد على قياس الزمن المستغرق لمرور الأشعة اللاسلكية المنبعثة من الطائرة إلى سطح الأرض ( إلى النقطة التي تمر من فوقها الطائرة ) وعودة هذه الأشعة إلى الطائرة ، ويمكن تصنيف عدادات قياس الارتفاع المستخدمة في الطائرات إلى أربعة أنواع وهي العدادات الميكانيكية - العدادات البارومترية -، والعدادات الكهروميكانيكية والعدادات الراديوية و العدادات الالكترونية . وقد اعتمدت تصنيفها بهذا الشكل على أساس طريقة نقل وتحويل وعرض تغيرات قيم الضغط الستاتيكي إلى بيانات ارتفاع تظهر في شاشات العرض الخاصة بكل نوع أمام قائد الطائرة .
سنبدأ أولا بالتعرف على بعض أنواع العدادات الميكانيكية ونشرح تركيبها ومبدأ عملها وطريقة استخدامها من قبل الطيار واهم الأعطال التي تتعرض لها وكيفية معالجتها .
العدادات الميكانيكية تسمى العدادات الميكانيكية كذلك بالعدادات البارومترية لاحتوائها على الكبسولات البارومترية وتشترك في جميع أنواعها من حيث التركيب بمواصفات رئيسية واحدة أهمها أن مديات قياس الارتفاع تتراوح بين ( 0 ــــ 100 ألف قدم ) كما أنها جميعا تعتمد على الطريقة البارومترية في قياس الارتفاع التي تعتمد بالأساس على استخدام الكبسولات البارومترية المغلقة كعناصر تحسس لتغيرات الضغط الستاتيكي والتي يكون الضغط الجوي محكما في داخلها وذو قيمة ثابتة مقداره 760 ملم/ عمود زئبق، لان تجويفها الداخلي معزول بشكل محكم عن المحيط الخارجي للطائرة ، وقد سميت ميكانيكية لان عملية التحسس لتغيرات الضغط الستاتيكي المؤثر على الطائرة يتم تحويلها إلى بيانات ارتفاع بطريقة ميكانيكية بالكامل ابتداء من لحظة استقبال متغيرات الضغط الستاتيكي وتحويلها إلى بيانات ارتفاع تتناسب مع تغيرات هذا الضغط والذي يعتمد بالأساس على ارتفاع الطائرة في الجو فكلما ارتفعت الطائرة في الجو انخفض الضغط الجوي الستاتيكي وبالعكس والمنحنى أدناه يوضح العلاقة بين الضغط الستاتيكي وارتفاع الطائرة
كما هو واضح من المنحني أعلاه فانه كلما زاد ارتفاع الطائرة كلما قل الضغط الستاتيكي ( Pc )
والعكس صحيح أي انها علاقة عكسية .
الجدول أدناه يوضح مقادير الضغط الستاتيكي بالــ ( inches of mercury)و ( millimeters of mercury ) وما يقابلها من ارتفاعات بالأمتار والأقدام ويلاحظ فيه انخفاض مقادير الضغط الساتيكي كلما زاد الارتفاع ، تستخدم مثل هذه الجداول أثناء إجراء عمليات الصيانة والفحوصات الضرورية للمنظومات والأجهزة البارومترية .