Was ist die maximale Höhe von barometrischen Höhenmessern?

Dies hängt von der Konstruktion und Zertifizierung des Höhenmessers ab. Ein Beispiel für einen modernen analogen (Aneroid-)Höhenmesser ist dieses Mid-Continent-Modell für 5.000 US-Dollar .

Seine zertifizierte Reichweite beträgt -1.000 bis +20.000 Fuß, auf diese Anzeige können Sie sich verlassen. Die tatsächliche mechanische Reichweite beträgt -15.000 bis +50.000 Fuß.

Ein RVSM -Höhenmesser, der mit mehreren Quellen arbeitet, und ein Luftdatencomputer können Sie höher bringen. Und ein Höhenmesser auf einer F-104 ist wahrscheinlich noch besser.

Ein billigeres 150-Dollar-Modell zeigt eine zertifizierte Reichweite von 10.000 Fuß für eine der Varianten.

Hinweis: Ich konzentriere mich auf das Modell der Höhe-zu-Druck-Beziehung in der Atmosphäre, versucht dem Höhenmesser zu folgen und seine Grenzen des Modells. Natürlich gibt es auch Grenzen für jedes einzelne Instrument, siehe Antwort von @ymb1.

[EDIT: Ich habe weitere Details zu verschiedenen Verwendungen der Höhe und einige weitere Details hinzugefügt, was die Grenze für die Messung der absoluten Höhe sein könnte (es geht nicht darum, wie dünn Luft wird), ich hoffe, es beantwortet Ihre Frage besser.]

Wird zum Ablesen des Höhenmessers verwendet

Die von einem herkömmlichen mechanischen Höhenmesser angezeigte Höhe sollte gemäß dem International Standard Atmosphere (ISA)-Modell druckumgerechnet werden . Dieses Modell macht nur wenige Vereinfachungen (siehe z. B. das verlinkte Dokument), sodass es eigentlich nie die genaue Höhe angibt, außer zufällig. Aber wie Sie sagen, ist es sowieso eine ziemlich gute Annäherung.

Wenn Sie fliegen, gibt es nur wenige Gründe, warum Sie auf den Höhenmesser schauen müssen.

• Hindernisvermeidung, Landung und eventuell Berechnung des Endanfluges im Segelflugzeug. In diesem Fall ist es wirklich die absolute Höhe über dem Gelände, die Sie kennen müssen. Um diesen Wert zu erhalten, müssen Sie mit dem Erhalt von QNH beginnen, sodass der Höhenmesser selbst (in jeder Höhe) ohne externe Daten bereits jetzt nicht ausreicht. Für eine höhere Genauigkeit müssen Sie weitere externe Daten hinzufügen. Sie beginnen mit der lokalen Temperatur, aber selbst dann wäre die Genauigkeit begrenzt.

  Die Größe des Fehlers hängt jedoch nicht von Ihrer absoluten Höhe ab, sondern (in erster Näherung) von der Höhendifferenz zwischen Flugzeug und Station / Ort, von dem Ihr QNH kommt. Sie haben also Glück, wenn Sie landen wollen. Da QNH von diesem bestimmten Flugplatz stammt, sollte Ihr Höhenmesser den genauen Wert direkt beim Aufsetzen anzeigen. Wenn Sie Hindernissen in ähnlicher Höhe ausweichen müssen, ist der Fehler für die praktische Verwendung wahrscheinlich akzeptabel.

  Auch hier ist es nicht die absolute Höhe, sondern die relative Differenz, die diesen Fehler verursacht. Wenn Sie QNH (oder Landebahnhöhe) auf einem Flugplatz auf 4000 Fuß über dem Meeresspiegel einstellen und zum Meer hinunterfliegen (sagen wir, es ist möglich, ohne weit weg zu reisen, also ist die räumliche Änderung des Luftdrucks hier kein Problem), erwarteter Fehler von Ihr Höhenmesser wird ähnlich sein, als ob Sie 4000 Fuß hoch fliegen würden. Dies liegt daran, dass QNH (Druck auf Meereshöhe) auf der Grundlage desselben Modells berechnet wird, das Ihr Höhenmesser verwendet, sodass sich Modellfehler gerade in der Höhe dieser Referenzstation aufheben.

• ATC, Kollisionen in der Luft usw. Die absolute Höhe ist nicht wichtig. Stattdessen müssen Sie sicher sein, dass zwei Piloten, die unterschiedliche Werte auf ihren jeweiligen Höhenmessern sehen, davon ausgehen können , dass sie sich nicht auf derselben Höhe befinden. Für diesen Zweck funktioniert das einfachste Modell mit einem Minimum an externen Parametern am besten. Denn es ist von größter Wichtigkeit, dass alle beteiligten Höhenmesser den Druck auf die gleiche Weise in die Höhe umrechnen. (Dann müssen Sie damit rechnen, dass der Druck nicht mit der Höhe zunimmt, aber das ist ziemlich sicher, da immer weniger Luftmasse über Ihnen nach unten drückt, wenn Sie nach oben gehen). Die absolute Höhe ist hier völlig unwichtig, oder für das Fliegen näher am Gelände reicht ein einfacher QNH-basierter Offset. (Andernfalls wird die STD-Druckeinstellung verwendet.)

  Selbst ein einfacher Höhenmesser (im Bereich seiner physikalischen Grenzen des messbaren Drucks) würde für diesen Zweck in jeder praktischen Höhe recht gut funktionieren.

• Flugzeugleistung und Aerodynamik. Das ist die Serviceobergrenze, die Wahl des optimalen Reiseflugs usw. Diese Parameter werden in einem POH normalerweise in Höhe angegeben, aber nur der Einfachheit halber. Es ist die Luftdichte, die für alles, was mit Aerodynamik zu tun hat, von Bedeutung ist. Und die Luftdichte ist der auf die Temperatur korrigierte Luftdruck. Die vom druckbasierten Höhenmesser gelieferte „Höhe“ ist für diesen Zweck also „genau richtig“, Sie können sie anhand der lokalen Temperatur korrigieren und haben den bestmöglichen Wert. Auch dies funktioniert in jeder Höhe (solange POH und Höhenmesser dieselbe Umrechnung zwischen Druck und Höhe verwenden).

Beachten Sie, dass der vom Höhenmesser bereitgestellte Wert für spätere zwei Verwendungen tatsächlich besser ist als beispielsweise die GPS-basierte Höhe.

Absolute Höhe

OK, was ist, wenn Sie wirklich Ihre absolute Höhe in der Stratosphäre oder noch höher wissen wollen? Ist es möglich, Ihren Höhenmesser dann zu verwenden?

Wenn der Höhenmesser Druck basierend auf ISA in Höhe umwandelt (in den meisten Fällen zutreffend), sollte der angezeigte Wert durch eine Gleichung angegeben werden

$$h=\left(153.85\,{\rm m\cdot K^{-1}}\right)\cdot T_0 \cdot \left(1-\left(p\over p_0\right)^{0.19026}\right)$$ (siehe die Referenz oben), wo $T_0$ist mit 288,15 K (15 °C) angegeben und $p_0$ist der Druck, den Sie im Höhenmesserfenster eingestellt haben. Wenn Sie also einen solchen Höhenmesser ins All bringen ( $p=0$) wird es nicht mehr als 44 km (oder 145.000 Fuß) anzeigen, da es vorher nicht an seine physikalischen/mechanischen Grenzen kommt. Aber natürlich entfernt sich der Wert viel früher von der Realität. Wahrscheinlich oberhalb der Tropopause (10–12 km), wo die in diesem ISA-Modell verwendete Annahme einer konstanten Temperaturabnahme mit der Höhe völlig ungültig wird. Sie könnten das Modell verbessern, aber ohne mehr externe Daten wird es wahrscheinlich nicht so gut funktionieren.

Problem ist aber nicht, dass die Luft dünn ist. In gewisser Weise kann man den Luftdruck sogar in einer niedrigen Erdumlaufbahn einige hundert Kilometer über dem Boden messen. Es ist nur die Atmosphäre, die Satelliten in niedrigen Umlaufbahnen einen (messbaren) Luftwiderstand auferlegt. Also ja, es gibt noch etwas zu messen und es ist mit dem richtigen Instrument sicher messbar. Das Problem ist, dass Sie keine praktische und "zuverlässige" Möglichkeit haben, die Höhe (nur) basierend auf diesem lokalen Druck zu berechnen. Viele andere Effekte kommen ins Spiel und Sie müssten viele andere variable Parameter kennen, um die Höhe zu berechnen.

Aber naja, das war es doch schon von Anfang an, oder? Sie mussten das richtige QNH (externe Informationen) erhalten, auch wenn Sie nur in Platzrunden fliegen würden. Die Situation mit dem Höhenmesser im Orbit ist also eigentlich nicht so viel anders.

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Während des Fliegens müssen Sie Ihre absolute Höhe in vielen praktischen Situationen nicht kennen, und der druckbasierte Höhenmesser funktioniert unabhängig von der Höhe perfekt. Wenn Sie Ihre genaue Höhe wissen müssen, ist die Grenze nicht die zu dünne Luft, sondern die Entfernung zur nächsten Station, die einen Referenzdruck liefern kann.

Wenn sich ein meteorologischer Ballon in der Nähe Ihres Flugzeugs befindet und "QNH" für Sie sendet (basierend auf lokalen Druckballonmessungen und seiner bekannten Höhe, analog zu QNH, das von einem Flughafen kommt), können Sie einen recht guten Messwert von einem (geeigneten) druckbasierten Höhenmesser erhalten sogar hoch in der Stratosphäre zum Beispiel.

TSO C10B Höhenmesser, druckbetätigt, empfindlicher Typ verwendet SAE AS 392C, um die Mindestanforderungen für einen Druckhöhenmesser zu spezifizieren. Es spezifiziert zwei "Typen" von Druckhöhenmessern

• Typ 1: Reichweite 35.000 Fuß
• Typ 2: Reichweite 50.000 Fuß

AS392C bietet auch die Toleranzen, die ein Druckhöhenmesser von -1000 Fuß bis 50.000 Fuß einhalten muss.

TSO C106 Air Data Computer stellt auch einige Mindestleistungsanforderungen für einen Luftdatencomputer bereit, der Druckhöhe bereitstellt. Es bietet Toleranzen von 0 Fuß bis 50.000 Fuß.

Aus diesem Grund werden Druckhöhenmesser für große Höhen um die 50.000-Fuß- bis 60.000-Fuß-Marke enden, da die Kalibrierung digitaler Drucksensoren für größere Höhen schwierig wird und nur sehr wenige Flugzeuge Höhenmesser benötigen, die für mehr als 50-60.000 Fuß zertifiziert sind.