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一文读懂四大高度计

　　“各位先生们，我们现在在10,000米处巡航”，当您听到飞行员说这样的话时，你是否会好奇他们是如何测量飞机在空中的高度的？

　　其实很简单！——他们使用了高度计。

　　您可能不会认为飞行员是否知道他们正在飞行的高度有多重要？毕竟，他们总是可以透过窗户窥视！但是，测量高度（您的海拔高度）对飞行员而言比您想象的重要得多。

　　地球上的某些山脉出乎意料地高，在恶劣天气下比您想象的更难错过。例如，珠穆朗玛峰海拔8.8公里（5.5英里），令人惊叹，因此在10,000米（6.2英里）处飞行不会给您太大的机动空间。然后还有其他飞机要避免。而且，在空气稀薄，克服空气阻力的情况下使用更少的燃料，在更高的高度飞行实际上更有效。总而言之，有很多充分的理由可以飞得很高。但是到底有多高？

　　准确测量高度的主要方法有两种。一种是测量气压并从中找出高度，另一种是将无线电束从飞机上反射下来，并确定重新反射回来需要多长时间。

　　下面我们一起来看看不同类别的高度计是如何工作的？

　　压力高度计

　　为什么会有气压？地球的引力将所有东西拉向地球，包括您可以想象的最小的事物，例如空气分子。如果您是靠近地面的空气分子，那么您上方还有许多其他空气分子会推动并挤压您；越高，分子越少，推动就越少。这就是为什么地球表面的气压最高，然后系统地逐渐下降的原因。

　　因此，测量气压（至少在理论上来说）是一种简单而有效的高度测量方法。

　　实际上，大多数飞机上的高度表都是经过校准（标有刻度）的无液气压计（压力测量仪器），因此它们显示的是高度而不是压力。

　　像普通的无液气压计一样，它们由一个中空的，密封的盒子组成，该盒子会膨胀（随着压力下降）或收缩（随着压力上升）。当盒子的尺寸变化非常小时，复杂的杠杆和齿轮系统会放大其运动，并使指针在标有高度测量值的刻度盘上旋转。所以气压的微小变化就可以精确地测量高度。

　　压力高度计的工作原理：

　　下图是本迪克斯航空公司的Victor Carbonara于1930年代创作的典型压力高度表。从侧面看，您会看到一个密封的，充满空气的盒子（红色），该盒子会根据压力变化而膨胀或收缩。它的运动通过连杆和操纵杆系统（蓝色）和操作高度计指针的齿轮机构（绿色）得到放大。现在查看右侧的图，我们可以看到通过在经过数百和数千英尺校准的表盘（棕色）上移动指针，如何显示高度。

此图来自美国专利＃2,099,466：高度计，由美国专利和商标局提供。

　　以这种方式工作的高度计通过测量与海平面相比的压力来测量高度，但这并不是引起地球压力变化的唯一原因。由于天气的变化，整个地球表面的气压不断波动-因此，如果要使基于压力的高度计准确工作，就必须允许温度和压力差。基于压力的高度计的另一个缺点是它们没有考虑到危险障碍物，例如建筑物和电源线。

　　那么是谁发明了压力高度计的呢？

　　压力高度表是由德国工程师保罗?科尔斯曼（Paul Kollsman）在1920年代发明的，他于1936年4月获得了美国＃2,036,581专利：水平飞行指示器。

　　无线电高度仪

　　无线电高度仪不会遭受这些问题的困扰。它们更简单，并且以与雷达类似的方式工作（系统飞机，轮船和其他车辆用于导航）：它们只是从飞机上发射一束无线电波，然后等待反射返回。

　　由于无线电波传播在的速度光（每秒300,000公里或每秒186,000英里），无线电波只需几百分之一秒即可到达地球表面并返回20,000米左右。飞机对光束进行计时，然后将以秒为单位的时间乘以150,000（即300,000除以2：以光束为单位的高度到达地面并再次返回地面），从而计算出其高度（以公里为单位）。

　　无线电高度仪比压力仪表更快，更精确，并且广泛用于高速飞机或需要在特别低空飞行的飞机，例如喷气式战斗机。

　　无线电高度仪的工作原理：

　　光速比典型飞机的巡航速度（v）快一百万倍，因此无线电信号弹回地面并向后传播，距离约为飞机高度（2h）的两倍。这意味着您可以通过将信号从发射器（红色圆圈）到接收器（橙色圆圈）的时间乘以光速的一半来找到高度。从理论上讲，飞机行进得越快，测量的准确性就越差，因为无线电束的行进距离更远。实际上，光速比飞机的速度快得多，因此任何误差都很小。