Altimetro - Altimeter

Diagramma che mostra la faccia dell'altimetro dell'aereo sensibile a "tre lancette" che mostra un'altitudine di 10.180 piedi (3.100 m) e una lettura della pressione di circa 29,92 inHg (1013 hPa).

Un altimetro o un altimetro è uno strumento utilizzato per misurare l' altitudine di un oggetto al di sopra di un livello fisso. La misurazione dell'altitudine è chiamata altimetria , che è correlata al termine batimetria , la misurazione della profondità sott'acqua. L'unità più comune per la calibrazione dell'altimetro in tutto il mondo è l' ettopascal (hPa), ad eccezione del Nord America e del Giappone, dove vengono utilizzati pollici di mercurio (inHg). Per ottenere una lettura accurata dell'altitudine in piedi o metri, la pressione barometrica locale deve essere calibrata correttamente.

Storia

I principi scientifici alla base dell'altimetro furono scritti per la prima volta dal reverendo Alexander Bryce, un ministro e astronomo scozzese nel 1772, il quale si rese conto che i principi di un barometro potevano essere regolati per misurare l'altezza.

Altimetro di pressione

Sensore di pressione barometrica digitale per la misurazione dell'altitudine nelle applicazioni di elettronica di consumo

L'altitudine può essere determinata in base alla misurazione della pressione atmosferica . Maggiore è l'altitudine, minore è la pressione. Quando un barometro viene fornito con una calibrazione non lineare in modo da indicare l'altitudine, lo strumento viene chiamato altimetro a pressione o altimetro barometrico. Un altimetro a pressione è l'altimetro che si trova nella maggior parte degli aerei e i paracadutisti usano versioni da polso per scopi simili. Gli escursionisti e gli alpinisti utilizzano altimetri da polso o portatili, oltre ad altri strumenti di navigazione come una mappa, una bussola magnetica o un ricevitore GPS.

La calibrazione di un altimetro segue l'equazione

dove c è una costante, T è la temperatura assoluta, P è la pressione all'altitudine z e P o è la pressione al livello del mare. La costante c dipende dall'accelerazione di gravità e dalla massa molare dell'aria. Tuttavia, bisogna essere consapevoli che questo tipo di altimetro si basa sulla "densità di altitudine" e le sue letture possono variare di centinaia di piedi a causa di un improvviso cambiamento della pressione dell'aria, come da un fronte freddo, senza alcun cambiamento effettivo di altitudine.

Uso in escursionismo, arrampicata e sci

Un altimetro barometrico, utilizzato insieme ad una carta topografica, può aiutare a verificare la propria posizione. È più affidabile e spesso più preciso di un ricevitore GPS per la misurazione dell'altitudine; il segnale GPS potrebbe non essere disponibile, ad esempio, quando si è in profondità in un canyon, o potrebbe fornire altitudini estremamente imprecise quando tutti i satelliti disponibili sono vicino all'orizzonte. Poiché la pressione barometrica cambia con il tempo, gli escursionisti devono ricalibrare periodicamente i propri altimetri quando raggiungono un'altitudine nota, come un bivio o un picco segnato su una mappa topografica.

Paracadutismo

Altimetro digitale da paracadutismo da polso in modalità logbook, che mostra l'ultimo profilo di salto registrato.
Paracadutista in caduta libera, facendo uso di un altimetro montato a mano. La faccia analogica è visibile, mostrando le altitudini decisionali codificate a colori. L'altimetro raffigurato è elettronico, nonostante utilizzi un display analogico.

L'altimetro è l'attrezzatura più importante per il paracadutismo , dopo il paracadute stesso. La consapevolezza dell'altitudine è fondamentale in ogni momento durante il salto e determina la risposta appropriata per mantenere la sicurezza.

Poiché la consapevolezza dell'altitudine è così importante nel paracadutismo, esiste un'ampia varietà di progetti di altimetri realizzati appositamente per l'uso in questo sport e un paracadutista non studente in genere utilizzerà due o più altimetri in un singolo salto:

  • Altimetri visivi analogici meccanici da polso, da polso o da petto . Questo è il tipo più semplice e comune, ed è utilizzato da (e comunemente richiesto) praticamente da tutti gli studenti di paracadutismo. Il disegno comune ha un quadrante contrassegnato da 0 a 4000 m (o da 0 a 12000 piedi, imitando il quadrante dell'orologio ), su cui una freccia indica l'altitudine attuale. Le sezioni della piastra frontale sono contrassegnate rispettivamente in giallo e in rosso, a indicare l'altitudine di schieramento consigliata, nonché l'altitudine per la decisione della procedura di emergenza (comunemente nota come "ponte rigido"). Un altimetro meccanico ha una manopola che deve essere regolata manualmente per farlo puntare a 0 sul terreno prima del salto e se il punto di atterraggio non è alla stessa altitudine del punto di decollo, l'utente deve regolarlo in modo appropriato. Sono inoltre disponibili alcuni altimetri elettronici avanzati che utilizzano il familiare display analogico, nonostante funzionino internamente in digitale.
  • Altimetri visivi digitali , montati al polso o alla mano. Questo tipo funziona sempre elettronicamente e trasmette l'altitudine come un numero, piuttosto che un puntatore su un quadrante. Poiché questi altimetri contengono già tutti i circuiti elettronici necessari per il calcolo dell'altitudine, sono comunemente dotati di funzioni ausiliarie come il registro elettronico, la riproduzione del profilo di salto in tempo reale, l'indicazione della velocità, la modalità simulatore per l'uso nell'allenamento a terra, ecc. Un altimetro elettronico è attivato a terra prima del salto, e si calibra automaticamente per puntare a 0. È quindi essenziale che l'utente non lo accenda prima del necessario per evitare, ad esempio, la guida verso una zona di lancio situata a un'altitudine diversa da quella di casa che potrebbe causare una falsa lettura potenzialmente fatale. Se la zona di atterraggio prevista si trova a un'elevazione diversa rispetto al punto di decollo, l'utente deve inserire l'offset appropriato utilizzando una funzione designata.
  • Altimetri acustici (detti anche "dytters", marchio generico del primo prodotto del genere sul mercato). Questi vengono inseriti nel proprio casco ed emettono un segnale acustico ad una quota predefinita. Gli udibili contemporanei si sono evoluti in modo significativo dai loro inizi rozzi e sfoggiano una vasta gamma di funzioni, come più toni a diverse altitudini, più profili salvati che possono essere cambiati rapidamente, registro elettronico con trasferimento dei dati a un PC per analisi successive, caduta libera distinta e modalità vela con diverse altitudini di avviso, toni guida di avvicinamento in picchiata , ecc. I segnali acustici sono dispositivi strettamente ausiliari e non sostituiscono, ma completano un altimetro visivo che rimane lo strumento principale per mantenere la consapevolezza dell'altitudine. L'avvento delle moderne discipline di paracadutismo come il volo libero , in cui il terreno potrebbe non essere nel proprio campo visivo per lunghi periodi di tempo, ha reso l'uso di dispositivi acustici quasi universale e praticamente tutti i caschi da paracadutismo sono dotati di uno o più porte in cui potrebbe essere posizionato un segnale acustico. Gli udibili non sono raccomandati e spesso vietati dall'uso da parte degli studenti paracadutisti, che hanno bisogno di costruire un adeguato regime di consapevolezza dell'altitudine per se stessi.
  • Altimetri visivi ausiliari . Questi non mostrano l'altitudine precisa, ma piuttosto aiutano a mantenere un indicatore generale nella propria visione periferica. Potrebbero funzionare in tandem con un segnale acustico dotato di una porta appropriata, nel qual caso emettono lampi di avvertimento che integrano i toni acustici, o essere autonomi e utilizzare un'altra modalità di visualizzazione, come mostrare la luce verde o rossa a seconda dell'altitudine.
Altimetro parlante con casco per paracadutismo
  • Altimetri parlanti (noti anche come altimetri vocali). Un altro tipo di altimetro che combina le funzioni dell'altimetro sia acustico che visivo. L'unità ha tutte le altitudini necessarie utilizzate nel paracadutismo e lo annuncia come un numero nella lingua madre di Skydiver. Questi sono anche inseriti nel casco (le stesse dimensioni tascabili degli udibili), ma emettono voce con regolazione automatica del volume in base alla velocità di pulizia dell'udito. Gli altimetri parlanti di solito hanno una configurazione software tramite un'applicazione mobile. L'obiettivo principale di questo tipo di altimetro è una forte funzione di sicurezza per i paracadutisti esperti, in modo che sappiano sempre la propria posizione attuale che è molto utile anche per gli organizzatori di carichi FS o gli istruttori AFF .

La scelta esatta degli altimetri dipende fortemente dalle preferenze del singolo paracadutista, dal livello di esperienza, dalle discipline primarie e dal tipo di salto. A un'estremità dello spettro, un salto dimostrativo a bassa quota con atterraggio in acqua e nessuna caduta libera potrebbe rinunciare all'uso obbligatorio degli altimetri e non usarne affatto. Al contrario, un saltatore che esegue salti in volo libero e vola con una vela ad alte prestazioni potrebbe utilizzare un altimetro analogico meccanico per un facile riferimento in caduta libera, un udibile nel casco per l'avviso di altitudine di fuga, inoltre programmato con toni guida in picchiata per il volo della vela, così come un altimetro digitale su un bracciale per controllare rapidamente l'altitudine precisa in avvicinamento. Un altro paracadutista che fa simili tipi di salti potrebbe indossare un altimetro digitale per il loro principale visuale, preferendo la lettura diretta dell'altitudine di un display numerico.

Uso in aereo

Un vecchio altimetro aereo
Diagramma che mostra la faccia dell'altimetro dell'aereo sensibile a "tre lancette" che mostra un'altitudine di 10.180 piedi (3.100 m) e una lettura della pressione di circa 29,92 inHg (1013 hPa).
Un altimetro aeronautico a tamburo, che mostra le piccole finestre Kollsman in basso a sinistra (ettopascal) e in basso a destra (pollici di mercurio) della faccia.

Negli aerei, un barometro aneroide misura la pressione atmosferica da una porta statica all'esterno dell'aereo. La pressione dell'aria diminuisce con l'aumento dell'altitudine: circa 100 ettopascal per 800 metri o un pollice di mercurio per 1000 piedi vicino al livello del mare .

L'altimetro aneroide è calibrato per mostrare la pressione direttamente come altitudine sul livello medio del mare , secondo un modello matematico dell'atmosfera definito dall'International Standard Atmosphere (ISA). Gli aerei più vecchi usavano un semplice barometro aneroide in cui l'ago faceva meno di un giro intorno alla faccia da zero a fondo scala. Questo design si è evoluto in altimetri a tre lancette con un ago primario e uno o più aghi secondari che mostrano il numero di giri, simile a un quadrante di orologio . In altre parole, ogni ago punta a una cifra diversa della misurazione dell'altitudine corrente. Tuttavia, questo design è caduto in disgrazia a causa del rischio di fraintendimenti in situazioni di stress. Il design si è evoluto in seguito agli altimetri a tamburo, il passo finale nella strumentazione analogica, in cui ogni rivoluzione di un singolo ago rappresentava 1.000 piedi (300 metri), con incrementi di mille piedi registrati su un tamburo numerico del tipo di contachilometri . Per determinare l'altitudine, un pilota doveva prima leggere il tamburo per determinare le migliaia di piedi, quindi guardare l'ago per le centinaia di piedi. I moderni altimetri analogici negli aerei da trasporto sono tipicamente del tipo a tamburo. L'ultimo sviluppo in termini di chiarezza è un sistema di strumenti di volo elettronico con display dell'altimetro digitale integrato. Questa tecnologia è passata dagli aerei di linea e militari fino a quando non è diventata standard in molti velivoli dell'aviazione generale .

Gli aerei moderni utilizzano un "altimetro sensibile". Su un altimetro sensibile, la pressione di riferimento al livello del mare può essere regolata con una manopola di regolazione. La pressione di riferimento, in pollici di mercurio in Canada e negli Stati Uniti , e in ettopascal ( precedentemente millibar ) altrove, è visualizzata nella finestrella di Kollsman , sul lato anteriore dell'altimetro dell'aereo. Ciò è necessario, poiché la pressione atmosferica di riferimento sul livello del mare in un dato luogo varia nel tempo con la temperatura e il movimento dei sistemi di pressione nell'atmosfera.

Diagramma che mostra i componenti interni dell'altimetro dell'aereo sensibile.

Nella terminologia aeronautica , la pressione atmosferica regionale o locale al livello medio del mare (MSL) è chiamata QNH o " impostazione dell'altimetro ", e la pressione che calibrerà l'altimetro per mostrare l'altezza dal suolo in un dato aeroporto è chiamata QFE di il campo. Tuttavia, un altimetro non può essere regolato per le variazioni della temperatura dell'aria. Di conseguenza, le differenze di temperatura rispetto al modello ISA causeranno errori nell'altitudine indicata.

Nel settore aerospaziale, gli altimetri meccanici stand-alone basati su soffietti a membrana sono stati sostituiti da sistemi di misurazione integrati denominati Air Data Computer (ADC). Questo modulo misura l'altitudine, la velocità di volo e la temperatura esterna per fornire dati di output più precisi che consentono il controllo automatico del volo e la divisione del livello di volo . È possibile utilizzare più altimetri per progettare un sistema di riferimento della pressione per fornire informazioni sugli angoli di posizione dell'aereo per supportare ulteriormente i calcoli del sistema di navigazione inerziale .

Utilizzo in veicoli con effetto suolo

Dopo approfondite ricerche e sperimentazioni, è stato dimostrato che i "radio-altimetri di fase" sono più adatti per i veicoli ad effetto suolo , rispetto agli altimetri laser, isotropi o ultrasonici.

Altimetro sonico

Nel 1931, l'US Army Air Corps e la General Electric testarono un altimetro sonico per aerei, che era considerato più affidabile e preciso di uno che si basava sulla pressione dell'aria in presenza di nebbia o pioggia. Il nuovo altimetro utilizzava una serie di suoni acuti come quelli prodotti da un pipistrello per misurare la distanza dall'aereo alla superficie, che al ritorno sull'aereo veniva convertita in piedi mostrati su un indicatore all'interno della cabina di pilotaggio dell'aereo.

Altimetro radar

L'altimetro di questo Piper PA-28 è visibile nella fila superiore di strumenti, secondo da destra

Un altimetro radar misura l'altitudine in modo più diretto, utilizzando il tempo impiegato da un segnale radio per riflettere dalla superficie all'aereo. In alternativa, è possibile utilizzare un radar a onda continua a modulazione di frequenza. Maggiore è lo spostamento di frequenza, maggiore è la distanza percorsa. Questo metodo può ottenere una precisione molto migliore rispetto al radar a impulsi per la stessa spesa e gli altimetri radar che utilizzano la modulazione di frequenza sono standard del settore. L'altimetro radar viene utilizzato per misurare l'altezza sopra il livello del suolo durante l'atterraggio di aerei commerciali e militari. Gli altimetri radar sono anche un componente dei sistemi di allarme per evitare il terreno, avvisando il pilota se l'aereo sta volando troppo basso o se c'è un terreno in salita davanti. La tecnologia dell'altimetro radar viene utilizzata anche nei radar che seguono il terreno, consentendo agli aerei da combattimento di volare a quote molto basse.

La tecnologia Lidar viene utilizzata per aiutare a navigare l' elicottero Ingenuity nei suoi voli da record sul terreno di Marte per mezzo di un altimetro Lidar rivolto verso il basso.

Sistema di posizionamento globale

I ricevitori Global Positioning System (GPS) possono anche determinare l'altitudine mediante trilaterazione con quattro o più satelliti . Negli aerei, l'altitudine determinata utilizzando il GPS autonomo non è abbastanza affidabile da sostituire l'altimetro di pressione senza utilizzare alcun metodo di aumento . Nell'escursionismo e nell'arrampicata, è comune riscontrare che l'altitudine misurata dal GPS è di ben 400 piedi (122 metri) a seconda dell'orientamento del satellite.

Altri modi di trasporto

L'altimetro è uno strumento opzionale nei veicoli fuoristrada per aiutare nella navigazione. Alcune auto di lusso ad alte prestazioni che non avrebbero mai dovuto lasciare le strade asfaltate, come la Duesenberg negli anni '30, sono state dotate anche di altimetri.

Gli escursionisti e gli alpinisti utilizzano altimetri barometrici portatili o da polso, così come i paracadutisti .

Guarda anche

Riferimenti

link esterno