طريقة الاستخدام
- اكتب ارتفاع المهبط واختر وحدته في الارتفاع بوحدة.
- أدخل ضبط مقياس الارتفاع (QNH) من METAR، واختر بوصة زئبق (inHg) أو هكتوباسكال (hPa) في ضبط مقياس الارتفاع بوحدة.
- أدخل درجة حرارة الهواء (OAT). وأضف نقطة الندى من METAR، أو اتركها فارغة للهواء الجاف.
- اختيارياً: أدخل السرعة المؤشرة (IAS) للحصول على السرعة الحقيقية (عقدة).
- اقرأ ارتفاع الكثافة (قدم)، ثم افتح الحساب خطوة بخطوة لترى كيف وُصل إليه.
كيف يُوجد ارتفاع الكثافة
ارتفاع الكثافة هو الارتفاع في الغلاف القياسي الذي تكون فيه كثافة الهواء مساوية لكثافة الهواء عند المهبط. وتعرّفه إدارة الطيران الفدرالية الأمريكية (FAA) بأنه ارتفاع الضغط المُصحّح لانحرافات الحرارة غير القياسية.
يُوجد أولاً ارتفاع الضغط من ارتفاع المهبط وضبط مقياس الارتفاع. ثم يبيّن انحراف ISA مقدار بُعد حرارة الهواء عن الحرارة القياسية عند ذلك الارتفاع. وأخيراً يُحسب ارتفاع الكثافة من كثافة الهواء، التي تعتمد أيضاً على بخار الماء والضغط.
يعطي كتاب FAA Instrument Flying Handbook (باللغة الإنجليزية) تقديراً سريعاً عند عدم توفر مخطط: أضف 120 قدماً لكل درجة مئوية فوق حرارة ISA. عند ارتفاع ضغط 3,000 قدم و20 °م تكون حرارة ISA نحو 9 °م، والفرق 11 °م، والتقدير 3,000 + 120 × 11 = 4,320 قدماً (FAA-H-8083-15B، ص 4-6). وتعرض الأداة هذا التقدير السريع بجانب ارتفاع الكثافة الدقيق، الذي يبقى النتيجة الأساسية.
ضغط المحطة: p = QNH × (1 − 0.0065 × h ÷ 288.15)^5.25588، مع h ارتفاع المهبط بالأمتار
ارتفاع الضغط: PA = 44,330.77 × (1 − (p ÷ 1,013.25)^0.190263) متراً
انحراف ISA = حرارة الهواء − (15 − 0.0065 × PA)، بالدرجات المئوية
ارتفاع الكثافة: DA = 44,330.77 × (1 − σ^0.234969) متراً، مع σ = (p ÷ 1,013.25) × (288.15 ÷ Tv)- قرب مستوى البحر ينخفض الضغط نحو 27 قدماً لكل هكتوباسكال. وQNH أدنى من 1,013.25 هكتوباسكال القياسي يجعل ارتفاع الضغط أعلى من ارتفاع المهبط، وQNH أعلى منه يجعله أدنى.
- الهواء الحار أو المرتفع رقيق. فعندما تكون الحرارة أعلى من حرارة ISA يكون ارتفاع الكثافة أعلى من ارتفاع الضغط، وعندما تكون أدنى يكون ارتفاع الكثافة أدنى.
تصحيح الحرارة الافتراضية ومتى يهم
بخار الماء أخف من النيتروجين والأكسجين اللذين يحلّ محلهما، لذلك يكون الهواء الرطب أقل كثافة من الهواء الجاف عند الضغط والحرارة نفسيهما. وتأخذ الأداة ذلك في الحسبان بالحرارة الافتراضية Tv = T ÷ (1 − 0.378 × e ÷ p)، حيث e ضغط البخار عند نقطة الندى. ويُحسب من صيغة Magnus لضغط البخار المشبع فوق الماء (Alduchov and Eskridge, 1996، باللغة الإنجليزية).
يصغر التصحيح في الطقس البارد ويكبر مع الحرارة. فعند 6,000 قدم و35 °م تزيد نقطة ندى 20 °م ارتفاع الكثافة بنحو 350 قدماً. ويقول كتيّب FAA عن ارتفاع الكثافة (باللغة الإنجليزية) إن الرطوبة ليست عاملاً رئيسياً عموماً، لأن أثرها الأكبر على قدرة المحرك، فاعتبر نقطة الندى تحسيناً. واتركها فارغة لترى نتيجة الهواء الجاف.
ما لا تغطيه هذه الحاسبة
- أداء الطائرة. مسافة الإقلاع ومعدل الصعود ومسافة الجري عند الهبوط تعتمد على الطائرة ووزنها والإعداد والمدرج والمحرك. اقرأها من مخططات دليل طيران الطائرة، مستعملاً ارتفاع الكثافة مدخلاً.
- الرياح وميل المدرج وسطحه، وإعداد القدرة الذي تستعمله.
- أخطاء أجهزة السرعة الجوية والموضع. فالسرعة الحقيقية هنا تأخذ السرعة المؤشرة كالسرعة المكافئة، وتهمل قابلية الانضغاط، وهذا مناسب فقط عند السرعات المنخفضة.
- طقس وقت الرحلة. استعمل METAR الحالي أو ملاحظة المطار، لا التنبؤ.
- قرارات الرحلة الفعلية. هذه أداة للتدريب والتخطيط للممارسة. استعمل دليل طيران الطائرة وبيانات الأداء المعتمدة لأي رحلة فعلية.
من أين جاءت الأرقام
الغلاف الجوي القياسي هو النموذج الذي تعتمده ICAO: 15 °م و1,013.25 هكتوباسكال عند مستوى البحر، وانخفاض الحرارة 0.0065 كلفن لكل متر (نحو 2 °م لكل 1,000 قدم) حتى طبقة التروبوبوز، والأس 5.25588 = g ÷ (R × L). وتستعمل معادلة الغلاف الجوي لمركز NASA Glenn (باللغة الإنجليزية) الأس نفسه تقريباً 5.256 ومعدل الانخفاض نفسه.
عوامل الوحدات دقيقة: القدم 0.3048 متر، والبوصة زئبق 33.86389 هكتوباسكال. ويذكر الفصل 11 من كتاب Pilot's Handbook التابع لـFAA المعيار نفسه: 29.92 بوصة زئبق، أو 1,013.2 مليبار، هو ضغط مستوى البحر القياسي. وتقدير 120 قدماً لكل درجة مئوية مأخوذ من كتيّب FAA Instrument Flying Handbook، صفحة 4-6.
مثال محلول: 1,500 قدم، وQNH 29.85 بوصة زئبق، و30 °م، ونقطة ندى 18 °م
ارتفاع المهبط 1,500 قدم، أي 457.2 متر. وضبط مقياس الارتفاع 29.85 بوصة زئبق يساوي 1,010.8 هكتوباسكال، أدنى من 1,013.25 القياسي. وضغط المحطة 957.2 هكتوباسكال.
ارتفاع الضغط 1,565 قدماً، أي 65 قدماً فوق المهبط. وعند ذلك الارتفاع تكون حرارة ISA 11.9 °م، فيكون الهواء عند 30 °م أعلى من القياسي بـ18.1 °م.
نقطة الندى 18 °م تعطي ضغط بخار 20.6 هكتوباسكال. لذلك يكون ارتفاع الكثافة 3,904 قدماً، أي نحو 2,340 قدماً فوق ارتفاع الضغط. ومع سرعة مؤشرة 110 عقدة تكون السرعة الحقيقية 117 عقدة.
التقدير السريع في الكتيّب، 1,565 قدماً زائد 120 قدماً عن كل 18.1 °م فوق ISA، يعطي 3,737 قدماً، أي أقل بنحو 170 قدماً هنا.
| النتيجة | القيمة |
|---|---|
| ارتفاع الكثافة | 3,904 قدم |
| ارتفاع الضغط | 1,565 قدم |
| حرارة ISA عند ارتفاع الضغط | 11.9 °م |
| انحراف ISA | 18.1 °م |
| التقدير السريع، 120 قدم لكل °م | 3,737 قدم |
| السرعة الحقيقية عند 110 عقدة مؤشرة | 117 عقدة |
الأسئلة الشائعة
ما هو ارتفاع الكثافة؟
هو الارتفاع في الغلاف القياسي الذي يكون فيه للهواء الكثافة نفسها التي للهواء عند المهبط. والهواء الحار أو المرتفع رقيق، لذلك يكون ارتفاع الكثافة أعلى من ارتفاع المهبط، وتحتاج الطائرة إلى جري إقلاع أطول وتصعد أبطأ.
لماذا يختلف ارتفاع الضغط عن ارتفاع المهبط؟
ضبط مقياس الارتفاع يحركه. فعندما يكون QNH أدنى من 1,013.25 هكتوباسكال القياسي يكون ارتفاع الضغط أعلى من الارتفاع، وعندما يكون أعلى يكون ارتفاع الضغط أدنى. وفي المثال المحلول، يضع ضبط 29.85 بوصة زئبق ارتفاع الضغط على بعد 65 قدماً فوق المهبط.
هل أحتاج إلى نقطة الندى؟
لا، لكنها تغيّر النتيجة قليلاً. من دونها تعامل الأداة الهواء على أنه جاف. وفي الحالة الحارة، أي 35 °م على 6,000 قدم، تضيف نقطة ندى 20 °م نحو 350 قدماً إلى ارتفاع الكثافة.
هل أستطيع استعمال هذا الرقم لتخطيط الإقلاع؟
استعمله فقط مدخلاً لمخططات الأداء في دليل طيران طائرتك، وهي التي تعطي مسافة الإقلاع والصعود حسب وزنك وإعدادك. والأداة للتدريب والتخطيط للممارسة، لا للطيران الفعلي.
ماذا يخبرني انحراف ISA؟
يبيّن مقدار ارتفاع حرارة الهواء الخارجي عن الحرارة القياسية لارتفاع الضغط أو انخفاضها. والانحراف الموجب الكبير يعني أن الهواء أرق مما يوحي به ارتفاع الضغط، فتكون الطائرة أقل أداءً.
ما مدى دقة السرعة الحقيقية؟
هي تقدير. تأخذ الأداة السرعة المؤشرة كالسرعة المكافئة، وتهمل قابلية الانضغاط، وهذا مقبول عند السرعات المنخفضة. وقاعدة FAA لنحو 2 بالمئة لكل 1,000 قدم تتفق مع الرقم الدقيق ضمن نحو 3 بالمئة حتى 10,000 قدم.
ما هي قاعدة الـ120 قدماً؟
هي التقدير السريع في الكتيّب لارتفاع الكثافة عند عدم توفر مخطط: ارتفاع الضغط زائد 120 قدماً عن كل درجة مئوية فوق حرارة ISA. وهو أقل دقة بعيداً عن القياسي، لذلك استعمل ارتفاع الكثافة الدقيق من هذه الأداة ومخططات الطائرة للأداء.
المصادر
- FAA Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge (باللغة الإنجليزية)، chapter 11: Aircraft Performance (pressure and density altitude)
- FAA Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge (باللغة الإنجليزية)، chapter 8: Flight Instruments (true airspeed rule of thumb)
- FAA Density Altitude safety brochure (باللغة الإنجليزية): P-8740-02
- NASA Glenn Research Center (باللغة الإنجليزية): the Earth atmosphere equation (English units)
- FAA Instrument Flying Handbook (FAA-H-8083-15B) (باللغة الإنجليزية)، page 4-6: density altitude estimated by adding 120 feet per degree Celsius above ISA
- Wikipedia (باللغة الإنجليزية): Vapour pressure of water (Magnus form with the Alduchov and Eskridge 1996 coefficients)
آخر مراجعة للأرقام والنص: الثلاثاء، 30 جمادى الأولى 1448 بعد الهجرة.