Моделирование барометрических высотомеров в DCS

[muffler]

Давно задавался вопросом - почему высотомеры в DCS, порой одинаковые по модели, но реализованные в разных модулях работают по разному? 

Дошли наконец руки проверить. Для начала немного теории.

Скрытый текст

Любой барометрический высотомер по сути является барометром (анероидом), шкала которого проградуирована в единицах высоты. Шкала тарируется по стандартной атмосфере (ISA), для которой на уровне моря: давление 1013,2 гПа (760 мм. рт. ст., 29,92 д.рт.ст.), температура +15 °С (288 К), вертикальный температурный градиент 0,0065°/м до 11 км. Для высоты выше 11 км. температура считается постоянной и  равной -56,5°С (216,5К).

На современных самолётах все исходные данные от приёмников статического давления идут через систему воздушных сигналов (СВС) или air data computer (ADC). 

Надо отдать должное в DCS: World атмосфера, в этом плане, моделируется хорошо.

Барометрические высотомеры просты по устройству и удобны в пользовании, но их недостаток состоит в том, что показания не всегда точны, так как зависят от изменения давления и температуры воздуха у земли. Это требует учёта погрешностей.

Барометрические высотомеры имеют инструментальные, аэродинамические и методические ошибки.

Инструментальные ошибки высотомера ΔН возникают вследствие несовершенства изготовления механизма высотомера, неточности его регулировки, износа деталей и изменения упругих свойств анероидного блока. Каждый высотомер имеет свои инструментальные ошибки. Они определяются путем проверки высотомера, заносятся в специальную таблицу и учитываются в полете.

 Вот отличный пример из замечательного модуля Ми-24П:

Аэродинамические ошибки ΔНа возникают в результате неточного измерения атмосферного давления на высоте полета вследствие искажения воздушного потока, особенно при полете на больших скоростях. Эти ошибки зависят от скорости полета, типа приемника, воспринимающего атмосферное давление, и места его расположения. Они определяются при испытаниях самолетов и заносятся в таблицу поправок. Для упрощения учета инструментальных и аэродинамических поправок составляется таблица показаний высотомера с учетом суммарных поправок, которая помещается в кабине самолета.

Методические ошибки возникают вследствие несовпадения фактического состояния атмосферы с расчетными данными, положенными в основу для расчета шкалы высотомера.

Методические ошибки барометрического высотомера делятся на три группы:

1) ошибки от изменения атмосферного давления у земли;

2) ошибки от изменения температуры воздуха;

3) ошибки от изменения рельефа местности.

Ошибки от изменения атмосферного давления у земли. Барометрический высотомер измеряет высоту полета относительно уровня изобарической поверхности, атмосферное давление которой установлено на шкале давлений высотомера. Проще говоря какое давление мы выставим на шкале, от этого уровня давления и будет отсчитываться высота. Если мы поставим давление аэродрома, находясь на его уровне, высотомер покажет ноль. Если выставим QNH, находясь на его уровне, высотомер покажет превышение аэродрома.

Ошибки от изменения температуры воздуха. Шкала высотомера тарируется по стандартной средней температуре воздуха в слое измеряемой высоты. Поэтому высотомер будет правильно показывать высоту полета только при совпадении фактической средней температуры воздуха с расчетной. Но в реальных условиях фактическая температура воздуха, как правило, не совпадает с расчетной. Поэтому высотомер показывает высоту с ошибкой. Сущность этой ошибки заключается в том, что при изменении температуры воздуха у земли происходит изменение температуры и давления воздуха на высоте. В холодное время года воздух становится более плотным, и в этом случае давление с поднятием на высоту уменьшается быстрее, чем в теплое время, когда воздух обладает меньшей плотностью.

Ошибки от изменения рельефа местности. Эти ошибки возникают потому, что высотомер в продолжение всего полета указывает высоту не над пролетаемой местностью, а относительно уровня изобарической поверхности, атмосферное давление которого установлено на высотомере.

 

Итак. Цель эксперимента: определить какие из смоделированных в DCS барометрических высотомеров работают наиболее близко к реальным.

Устанавливаем наши ЛА на площадку с превышением 1753 м. (5751 фут.). Делаем два замера (снятие показаний высотомера). Первый при стандартной атмосфере (760 мм.рт.ст. и 15°С на уровне моря), второй при том же стандартном давлении, но при температуре на уровне моря 40°С (+25°С отклонения). Рассчитываем поправку на отклонение температуры от стандартной. Рассчитываем разницу между показаниями высотомера и абсолютной высотой над уровнем моря. Сравниваем.

Результат можно видеть в таблице. 

Первое место в рейтинге реалистичности занимает ВД-20 на Л-39 - всё как по учебнику!

В принципе все модули от ED (включая ГС3)  и Белсимтек показали высокий уровень моделирования. Вопросы вызвали лишь три модуля, это - Ми-24П, Bf-109 K-4 и Ка-50. 

Мои подозрения таковы, что у данных модулей немного не совпадают значения шкалы давлений на текстуре и в коде - то есть, по видимому баг.

Наиболее топорно реализованы барометрические высотомеры у всех сторонних разработчиков (за некоторым исключением) - их высотомеры вообще не восприимчивы к отклонению температуры от стандартной.

Исключения: 

1. И-16 от OctopusG - очень реалистично смоделирован (на уровне ED) - почётное второе место.

2. На удивление F-14 от Heatblur Simulations - на удивление, потому что их же AJS-37 не реагирует на изменение температуры. Единственный минус высотомера F-14 состоит в том, что при переключении на прямые показания без коррекции CADC не происходит никаких изменений. В модулях от  ED и Белсимтек где по видимому моделируются схожие высотомеры - изменения происходят.

Меньше всего понравилась реализация приборов от RAZBAM. На отклонение температуры они не реагируют, работа шкалы давления дискретная, в отличие от плавной регулировки модулей от ED.

Вот такое получилось сравнение. Надеюсь информация была полезной.

 

P.S. Кстати есть вопросы по давлению QNH которое даётся в брифинге миссии. Приведу несколько цитат из документов ICAO.

Скрытый текст

 

 

Так вот, если в миссии DCS температура отличается от стандартной, то выставив на высотомере давление QNH из брифинга мы никогда не получим превышение аэродрома находясь на его уровне (исключение недоделанные высотомеры сторонних разработчиков). В реальности не так. Является-ли давление приведённое в брифинге QNH? Я думаю нет. 

Edited September 15, 2021 by muffler
Орфография

[Toriy]

Хоть на одном высотомере индексы смоделированы?

[muffler]

18 часов назад, Toriy сказал:

Хоть на одном высотомере индексы смоделированы?

Ми-8МТВ2 и Ми-24П (ВД-10К), L-39С (ВД-20), МиГ-21бис (ВДИ-30К) - индексы работают.

[Toriy]

Да, действительно, на 8-ке и Элке есть, сам не заметил, или забыл что там есть. Наверное, потому что в "0" ставлю высотомер обычно:) Я, в основном, на Яке в симе, там индексов нет.

[muffler]

17 минут назад, Toriy сказал:

Да, действительно, на 8-ке и Элке есть, сам не заметил, или забыл что там есть. Наверное, потому что в "0" ставлю высотомер обычно:) Я, в основном, на Яке в симе, там индексов нет.

А должны быть по идее. Высотомер ведь такой же как на 8-ке. ВД-10К.

[S.E.Bulba]

14.09.2021 в 21:15, muffler сказал:

Результат можно видеть в таблице.

Если есть желание, то можно дополнить таблицу типом высотомера для немецких истребителей WW2 (Bf 109, Fw 190) образца 1944 года – их высотомер имел так называемый «номер авиационного устройства» (FL-Nummer) Fl.22322.

• Fl.22322 Fein-Grobhöhenmesser, 1944 | Deutscheluftwaffe.

[muffler]

9 часов назад, S.E.Bulba сказал:

Если есть желание, то можно дополнить таблицу типом высотомера для немецких истребителей WW2 (Bf 109, Fw 190) образца 1944 года – их высотомер имел так называемый «номер авиационного устройства» (FL-Nummer) Fl.22322.

• Fl.22322 Fein-Grobhöhenmesser, 1944 | Deutscheluftwaffe.

Дополнил. Спасибо.

[S.E.Bulba]

14.09.2021 в 21:15, muffler сказал:

Давно задавался вопросом - почему высотомеры в DCS, порой одинаковые по модели, но реализованные в разных модулях работают по разному?

Кстати, не видел в таблице, а работу высотомеров на Су-25Т и на обычном Су-25 не сранивали?

 

14.09.2021 в 21:15, muffler сказал:

Вопросы вызвали лишь три модуля, это - Ми-24П, Bf-109 K-4 и Ка-50. 

Мои подозрения таковы, что у данных модулей немного не совпадают значения шкалы давлений на текстуре и в коде - то есть, по видимому баг.

По работе ВМ-15ПВ в DCS: Ка-50 ранее вроде был баг… не знаю, поправили ли сейчас? (Хотя что-то подсказывает, что в ЧА2 уже ничего правиться не будет, если некритично.)

 

UPD.

Кстати, в англоязычном варианте таблицы может стоило бы заменить русскоязычное «Давление на уровне моря» на Q-code Nautical Elevation (QNE)?

Edited September 18, 2021 by S.E.Bulba
UPD.

[muffler]

11 часов назад, S.E.Bulba сказал:

Кстати, не видел в таблице, а работу высотомеров на Су-25Т и на обычном Су-25 не сранивали?

 

По работе ВМ-15ПВ в DCS: Ка-50 ранее вроде был баг… не знаю, поправили ли сейчас? (Хотя что-то подсказывает, что в ЧА2 уже ничего правиться не будет, если некритично.)

 

UPD.

Кстати, в англоязычном варианте таблицы может стоило бы заменить русскоязычное «Давление на уровне моря» на Q-code Nautical Elevation (QNE)?

 

Высотомеры на Су-25Т и Су-25 идентичны, реакция на изменения параметров атмосферы правильная. Не корректно смоделирована шкала давления, её можно скрутить в 0, после чего игра виснет  (баг записан)

 

Высотомер Ка-50 по прежнему сломан.

 

Перевёл в английской версии, но называть это QNE всё же не правильно. В данном случае, это именно давление на уровне моря, а изобарическая поверхность 1013,2 миллибар может не совпадать с уровнем моря при изменении параметров атмосферы.

[Bubi]

На ГС-3-самолетах у меня всегда превышение на несколько метров, если выставить давление аэродрома. Например, если диспетчер дал давление 760 мм.рт.ст., то приземлившись на аэродром с этим давлением (четко выставив стрелку на 760), высотомер будет завышать показания высоты. И если выставить давление чуть-чуть меньшее давление ~759,50 мм.рт.ст., то высотомер покажет правильную высоту - 0 метров. Ну и наоборот.
Так и должно быть?

[S.E.Bulba]

1 час назад, muffler сказал:

Высотомеры на Су-25Т и Су-25 идентичны, реакция на изменения параметров атмосферы правильная. Не корректно смоделирована шкала давления, её можно скрутить в 0, после чего игра виснет  (баг записан)

Просто я к тому, что например высотомеры на Як-52 / Ми-8МТВ2 / Ми-24П или на Bf 109 K-4 / Fw 190 A-8 / Fw 190 D-9 тоже идентичны, но при этом модули, где данные высотомеры реализованы, в таблице идут отдельно друг от друга, а Су-25 почему-то вообще не упомянут, в отличие от Су-25Т.

 

При этом непонятно, если по словам разработчиков ED, каждый тип высотомера – это конкретное устройство в коде игры, и привязка к какому-либо модулю здесь не играет роли…

То почему вызывает вопросы работа высотомеров ВД-10К в DCS: Ми-24П и Fl.22322 в DCS: Bf 109 K-4, в то время как работа этих же высотомеров в других модулях вопросов не вызывает? (Вопрос прежде всего к разработчикам ED.)

[muffler]

2 часа назад, Bubi сказал:

На ГС-3-самолетах у меня всегда превышение на несколько метров, если выставить давление аэродрома. Например, если диспетчер дал давление 760 мм.рт.ст., то приземлившись на аэродром с этим давлением (четко выставив стрелку на 760), высотомер будет завышать показания высоты. И если выставить давление чуть-чуть меньшее давление ~759,50 мм.рт.ст., то высотомер покажет правильную высоту - 0 метров. Ну и наоборот.
Так и должно быть?

Возможно диспетчер даёт округлённое значение. Если посмотреть в брифинге значение QFE оно будет более точным. В любом случае 0,5 мм рт ст. это всего 5,5 м. высоты - в пределах погрешности. Так и должно быть.

27 минут назад, S.E.Bulba сказал:

Просто я к тому, что например высотомеры на Як-52 / Ми-8МТВ2 / Ми-24П или на Bf 109 K-4 / Fw 190 A-8 / Fw 190 D-9 тоже идентичны, но при этом модули, где данные высотомеры реализованы, в таблице идут отдельно друг от друга, а Су-25 почему-то вообще не упомянут, в отличие от Су-25Т.

 

При этом непонятно, если по словам разработчиков ED, каждый тип высотомера – это конкретное устройство в коде игры, и привязка к какому-либо модулю здесь не играет роли…

То почему вызывает вопросы работа высотомеров ВД-10К в DCS: Ми-24П и Fl.22322 в DCS: Bf 109 K-4, в то время как работа этих же высотомеров в других модулях вопросов не вызывает? (Вопрос прежде всего к разработчикам ED.)

В реальности модель одна, в реализации модулей DCS видимо есть нюансы, отсюда и различия (и не только по показаниям).

 

Касательно Су-25 и Су-25Т они идентичны именно в реализации DCS, абсолютно. Поэтому не стал разделять.

[thunderstorm09]

На ГС-3-самолетах у меня всегда превышение на несколько метров, если выставить давление аэродрома. Например, если диспетчер дал давление 760 мм.рт.ст., то приземлившись на аэродром с этим давлением (четко выставив стрелку на 760), высотомер будет завышать показания высоты. И если выставить давление чуть-чуть меньшее давление ~759,50 мм.рт.ст., то высотомер покажет правильную высоту - 0 метров. Ну и наоборот.
Так и должно быть?

Отклонения на 1.5 мм. рт. ст. нормально. На МиГ-29 на 2 и 3 мм. нормально.

[thunderstorm09]

Давление на уровне моря разве не QNH?

[Bubi]

3 часа назад, muffler сказал:

Возможно диспетчер даёт округлённое значение

Разве? По моему, он дает точное значение с 2 цифрами после запятой... 

[thunderstorm09]

Разве? По моему, он дает точное значение с 2 цифрами после запятой... 

Для Як-52 строже ограничения

[thunderstorm09]

В реальной жизни настоящие высотомеры, даже с бортовыми компьютерами могут и имеют расхождения по высоте. Не только от уровня аэродрома, но и относительно друг-друга.

[thunderstorm09]

Это допустимые ошибки по высоте (отклонения) высотомеров на B-737NG

[Bubi]

@thunderstorm09Спасибо, я уже понял. Но если даже 0,5 дают довольно большую разницу в высоте, то 2 мм (!) - тут я фигею уже... Ну ладно.

[muffler]

2 часа назад, thunderstorm09 сказал:

Давление на уровне моря разве не QNH?

Нет, не QNH. Давление на уровне моря будет совпадать с QNH только при стандартной атмосфере, а если быть точнее то при отсутствии отклонений температуры от стандартной. Давление на уровне моря это QFF или минимальное приведённое по реальной атмосфере.

2 часа назад, Bubi сказал:

@thunderstorm09Спасибо, я уже понял. Но если даже 0,5 дают довольно большую разницу в высоте, то 2 мм (!) - тут я фигею уже... Ну ладно.

Надо понимать, что барометрические высотомеры это не идеальные приборы, тем не менее должны соответствовать определенным рамкам. 2 мм. рт. ст. это 22 метра, все ещё достаточно для выдерживания высоты и захода по 1-й категории. Для более худших метеоусловий для посадки уже используют радиовысотомеры.

Edited September 18, 2021 by muffler

[Bubi]

4 часа назад, muffler сказал:

Возможно диспетчер даёт округлённое значение. Если посмотреть в брифинге значение QFE оно будет более точным. В любом случае 0,5 мм рт ст. это всего 5,5 м. высоты - в пределах погрешности.

Я посмотрел сейчас, 0,5 мм. рт. ст. дают погрешность ~10 м.
Примерно выставил (как смог) давление по диспетчеру:

Скрытый текст

Приземлившись, наблюдаем лишние 10 метров:

Скрытый текст

Выставив высотомер на 0 метров, наблюдаем, что давление стало аж 755,70 (ну примерно):

Скрытый текст

Т.е. ГС-3 самолеты ВСЕГДА завышают показания давления и высоты (+15, 760, осень).
Ну это не для спору, а просто наблюдение, которое я хотел для себя разъяснить.

[S.E.Bulba]

1 час назад, muffler сказал:

Касательно Су-25 и Су-25Т они идентичны именно в реализации DCS, абсолютно. Поэтому не стал разделять.

Теперь понятно… ИМХО, например если бы в таблице было написано Су-25(Т), то наверное было бы понятней, что подразумевается работа высотомера в обоих модулях. Поэтому лично у меня и возникли вопросы насчёт Су-25.

[muffler]

27 минут назад, Bubi сказал:

Я посмотрел сейчас, 0,5 мм. рт. ст. дают погрешность ~10 м.
Примерно выставил (как смог) давление по диспетчеру:

  Скрыть содержимое

Приземлившись, наблюдаем лишние 10 метров:

  Скрыть содержимое

Выставив высотомер на 0 метров, наблюдаем, что давление стало аж 755,70 (ну примерно):

  Скрыть содержимое

Т.е. ГС-3 самолеты ВСЕГДА завышают показания давления и высоты (+15, 760, осень).
Ну это не для спору, а просто наблюдение, которое я хотел для себя разъяснить.

Да, так и есть. Возможно заложена инструментальная погрешность в модели.

21 минуту назад, S.E.Bulba сказал:

Теперь понятно… ИМХО, например если бы в таблице было написано Су-25(Т), то наверное было бы понятней, что подразумевается работа высотомера в обоих модулях. Поэтому лично у меня и возникли вопросы насчёт Су-25.

Исправил.

[thunderstorm09]

QNH – это и есть давление на уровне моря. Если QNH 760 (1013.25), то он равен QNE.
QFF – это узкоспециальный термин используемый в метеорологии и пилотам никак не передаётся. Поэтому предлагаю обходиться стандартными тремя определениями QNH, QFE и QNE. Тем более наш симулятор не способен имитировать изменения плотности воздуха по влажности и прочей фигней

[thunderstorm09]

Ладно, как бы оно ни было с определениями, тема прекрасная и автору большое спасибо за поднятый вопрос!
Теперь ждём реакции от изготовителей модулей.