Сарайский Ю. Н., Алешков И. И. Аэронавигация. Часть 1_СПб ГУГА_2013. Аэронавигация часть I. Основы навигации и

258 путевым углом. На карте можно откладывать углы только от истинного
(географического) меридиана, поскольку именно эти меридианы нанесены на карте. Следовательно, для каждого участка необходимо определить ФИПУ. В соответствии с навигационным треугольником скоростей и правилом учета поправок:
ФИПУ=ФМПУ+ΔМ=МК+УС+ΔМ, или, что то же самое:
ФИПУ=ИК+УС=МК+ΔМ+УС.
ВС движется относительно земли с путевой скоростью, следовательно, расстояние, пройденное на каждом участке, можно рассчитать как:
S=W t.
На практике этот расчет выполняется с помощью НЛ-10М.
Необходимое для расчета путевого угла магнитное склонение ΔМ можно определить по карте. На каждом участке оно также может быть различным. Если на протяжении участка ΔМ существенно изменяется, то следует использовать его среднее значение.
Приведенные выше формулы для ФИПУ используются в тех случаях, когда для расчета применяется магнитный курс. Если же в бортовом журнале пилот записывал ортодромический курс, то для перехода к истинному курсу необходимо использовать не ΔМ, а азимутальную поправку:
ФИПУ=ОК− ΔА+УС.
С помощью рассчитанных величин на карте прокладывается ЛФП (рис.
8.1). Полученное в результате прокладки МС (конечную точку последнего участка) принято обозначать квадратиком, возле которого пишут соответствующее время.
Данный вид прокладки называется полной прокладкой, потому что на каждом участке учитывается ветер – в виде угла сноса и путевой скорости.
Конечно, все используемые для прокладки величины определены не абсолютно точно, а с погрешностями. Но в принципе, если бы они были определены точно, то проложенная на карте линия действительно представляла бы собой линию фактического пути, то есть линию, над которой пролетел самолет. Полная прокладка дает наглядное представление о фактическом перемещении ВС относительно поверхности земли, и экипаж при этом не только в любой момент времени знает свое текущее местоположение, но и может прогнозировать перемещение ВС в предположении о неизменности параметров ветра и навигационных элементов полета.

259
Рис. 8.1. Полная прокладка
Штилевая прокладка. Недостатком полной прокладки является то, что на каждом участке необходимо фиксировать в штурманском бортовом журнале много величин – не только время и курс, но и путевую скорость, угол сноса, которые необходимо измерить или рассчитать для каждого участка. На это у экипажа подчас просто нет времени, например, при обходе гроз. В этом случае может быть выполнена штилевая прокладка. При ее выполнении на карту наносится линия пути воздушного судна относительно
воздуха, то есть без учета его перемещения вместе с воздушными массами, как бы в штиль. Это существенно упрощает расчет.
Для прокладки применяются средние курсы и средние значения истинной воздушной скорости. Начинается штилевая прокладка, как и полная, с последнего достоверно опознанного ориентира, пройденного ВС.
Для ее выполнения в бортжурнале необходимо записывать время и курс при каждом его изменении, например:
23.45. Поповка, МК=131 00.02 МК=154 00.28 МК=182 и т.д.
При отсутствии ветра путевой угол равен курсу, а путевая скорость равна истинной, поэтому для каждого участка рассчитываются:
ИК=МК+ΔМ или ИК=ОК – ΔА;

260
S=V t.
По рассчитанным значениям на карте прокладывается линия пути (рис.
8.2).
Рис. 8.2. Штилевая прокладка
Точка, полученная в конце последнего участка, соответствует МС, в котором находился бы самолет, если бы и на самом деле ветер отсутствовал.
Это штилевое место самолета. Но на самом деле ветер практически всегда имеется, и штилевое МС вовсе не соответствует фактическому, которое необходимо пилоту.
Прокладка называется «штилевой», но это вовсе не означает, что ветер не учитывается. Влияние ветра учитывается, но не на каждом участке, а в самом конце прокладки и сразу за все время полета.
Ветер − это горизонтальное перемещение воздушной массы. За все время полета от начальной точки счисления до конечной воздушная масса перемещалась вместе с самолетом в направлении ветра со скоростью ветра U.
Нетрудно рассчитать, на какое расстояние S
отн она отнесла самолет от штилевого МС:
S
отн
=U t
общ
,
где t
общ
- суммарное время полета по участкам, которое легко определить по записям в бортжурнале.
Направление перемещения воздушной массы – это навигационное направление ветра. Но для прокладки на карте оно должно быть отсчитано от истинного меридиана:

261
δ
н.и
= δ ±180°, или δ
н.и
= δ
н.м
+ΔМ, где δ
н.и и δ
н.м
– навигационное направление (куда дует ветер), отсчитанное соответственно от истинного и магнитного меридианов;
ΔМ – среднее значение магнитного склонения в районе полета.
Таким образом, для получения фактического МС необходимо сместить штилевое МС в направлении ветра на величину S
отн
Проложенная при штилевой прокладке линия на карте (сплошная линия, см. рис. 8.2) вовсе не является линией фактического пути. Она была бы таковой только при отсутствии ветра. На самом же деле ветер влиял на траекторию полета на каждом участке и ЛФП была совсем другой (см. рис.
8.2, показана пунктиром). Это основной недостаток штилевой прокладки, который затрудняет ведение ориентировки путем сличения карты с пролетаемой местностью. Штилевая прокладка является менее точной, чем полная, но зато она может быть выполнена более оперативно.
Обратная прокладка. В отличие от полной и штилевой прокладок, обратная прокладка имеет целью вовсе не определение места самолета.
Наоборот, для ее выполнения МС уже должно быть известно. Обратная прокладка применяется для уточнения линии фактического пути после
выполнения полета.
При выполнении некоторых видов авиационных работ необходимо не только знать текущее МС, но и возможно точнее знать фактическую траекторию полета. Примерами являются полеты на ледовую разведку в океане или патрулирование по обнаружению лесных пожаров. При полетах в малоориентирной местности, когда нет возможности определить свое местоположение с помощью радионавигационных средств, экипажем обычно ведется полная прокладка пути. Находящиеся на борту специалисты фиксируют на своих картах расположение ледовых полей или пожаров, основываясь на информации о местонахождении ВС, полученной от экипажа.
Иначе говоря, они привязывают обнаруженные объекты к ЛФП, полученной при полной прокладке.
Но любая прокладка сопровождается погрешностями. Чем дольше выполняется полет, тем менее точной становится проложенная на карте
ЛФП, а, значит, менее точными становятся координаты обнаруженных специалистами объектов.
Предположим, что после окончания ледовой разведки ВС вышло на береговую черту и экипаж визуально определил фактическое МС. Но счисленное место самолета для этого же момента времени получилось совсем другое (рис. 8.3).

262
Рис. 8.3. Обратная прокладка
Расстояние между фактическим и счисленным МС называется невязкой линии пути ΔS. Это и есть погрешность определения счисленного МС. Но она появилась не внезапно, а нарастала постепенно на протяжении всего полета. Следовательно, не только последнее счисленное место является неточным, но и каждая точка проложенной на карте ЛФП.
Обратная прокладка основана на пропорциональном распределении обнаруженного в конце полета уклонения (невязки) вдоль всего маршрута.
При ее выполнении каждая точка ЛФП, в которой изменялся курс, смещается в ту же сторону, в которую МС
ф отстоит от МС
сч
, на величину ΔS
i
, пропорциональную времени полета до этой точки. Например, если время полета до первого разворота составляло одну треть от общего времени, то и точка первого разворота смещается на одну треть невязки. Соединив смещенные точки, получим уточненную ЛФП (см. рис.8.3, показана пунктиром).
После выполнения полной прокладки гидрологи или пожарные могут уточнить местоположение обнаруженных ими объектов.
8.3. Доплеровский измеритель скорости и сноса
Попытки автоматизировать счисление пути предпринимались еще до второй мировой войны. Первые устройства такого рода (курсографы) представляли собой планшет с картой, на которой перо самописца рисовало чернилами линию пути. Перемещение пера зависело от скорости ВС и его

263 курса. Поскольку в то время технических средств для учета ветра не существовало, скорость для счисления использовалась приборная, а курс – компасный. Это была по сути штилевая прокладка, выполненная по довольно неточным данным, так как указатели скорости и компасы в то время были несовершенными. Ситуация существенно изменилась лишь с появлением в
60-е годы доплеровских измерителей скорости и сноса.
Доплеровский измеритель скорости и сноса (ДИСС) – бортовое радиотехническое устройство, позволяющее измерять на борту ВС его путевую скорость и угол сноса.
ДИСС основан на использовании эффекта, открытого австрийским физиком Х.Доплером (C.Doppler) в 1842 г. Эффект заключается в том, что если источник излучения волн движется по направлению к приемнику, то приемник воспринимает частоту больше, чем частота излучаемая на самом деле. И наоборот, если источник удаляется, то принимаемая приемником частота меньше излучаемой. Этот эффект справедлив для любых волновых процессов: электромагнитного излучения, в том числе и светового, звуковых волн и т.д.
ДИСС является автономным устройством, то есть не требует для своей работы установки какого-либо оборудования на земле. Основными составными частями бортового оборудования являются передатчик и приемник с антеннами, вычислительное устройство и пульты управления и индикации. Передатчик через антенну излучает радиоволны сверхвысокой частоты (порядка 9-13 ГГц), но не во все стороны, а по трем или четырем узконаправленным лучам. Соответственно различают трехлучевые и четырехлучевые ДИСС. Лучи наклонены к земле и расположены под углом к продольной оси ВС. У четырехлучевого ДИСС они направлены влево- вперед, вправо-вперед, влево-назад и вправо назад (рис. 8.4).
Рис. 8.4. Принцип работы ДИСС

264
Радиоволны, излучаемые по этим лучам, отражаются от земной поверхности и принимаются приемником через антенну.
ВС летит вперед, спереди земля «набегает» на него, поэтому частота отраженных радиоволн для лучей, направленных вперед, будет больше излучаемой передатчиком. Соответственно для лучей, направленных назад, отраженная частота будет меньше излучаемой, поскольку отражающая земная поверхность удаляется, «уходит» от самолета.
Но ВС движется относительно земли в направлении вектора путевой скорости, который в общем случае не направлен по продольной оси самолета из-за наличия угла сноса. Следовательно, ВС имеет еще и боковое перемещение относительно своей продольной оси. Тогда, если, например, ветер сносит самолет вправо, то справа земля «набегает», а слева – удаляется от самолета. Следовательно, для лучей, направленных вправо, отраженная частота будет больше, чем для лучей, направленных влево.
В результате оказывается, что для каждого из четырех лучей частота отраженного сигнала различна. По измеренным значениям этих частот можно рассчитать путевую скорость и угол сноса, что и делает вычислитель.
Значения угла сноса и путевой скорости отображаются на индикаторах, которые могут иметь различный вид. На индикаторе (рис.8.5) угол сноса индицируется стрелкой, а путевая скорость в цифровом виде.
Рис. 8.5. Индикатор ДИСС
Точность ДИСС является высокой. Погрешность измерения W составляет 3-5 км/ч, а угла сноса 0,3…0,5° .
Для управления ДИСС имеется пульт (рис.8.6). Он предназначен для включения устройства, его предполетного контроля. Переключатель «Суша-
Море» в полете устанавливается в положение, соответствующее характеру

265 подстилающей поверхности. Необходимость этого обусловлена различием характера отраженного сигнала от земной и водной поверхности.
Рис. 8.6. Пульт управления ДИСС
В некоторых ситуациях в полете ДИСС перестает выдавать информацию. Это может произойти при большом крене ВС, когда луч, направленный в сторону, противоположную крену, приподнимается. В этом случае точка отражения луча от земли будет очень далеко, а отраженный сигнал слишком слабым.
Также отраженная радиоволна может не вернуться при полете над гладкой водной поверхностью, когда луч отражается от нее как от зеркала.
В таких случаях ДИСС переходит в режим «Память». На индикаторе загорается красное табло с соответствующей надписью, а значения путевой скорости и угла сноса «замораживаются», то есть сохраняются такими, какими они были в момент пропадания сигнала. При появлении отраженного сигнала индикация восстанавливается.
В гражданской авиации используются ДИСС различных марок.
Наиболее распространенные ДИСС-3, ДИСС-013 и другие.
8.4. Автоматизированное счисление пути
Принципы автоматизированного счисления. Рассмотрим, каким образом осуществляется счисление координат в тех системах, в которых измеряемыми навигационными элементами движения являются скорости ВС
(путевая или истинная). Позже будет рассмотрена и работа систем, основанных на измерении ускорений.
Счисление – это расчет текущих координат, поэтому основной частью любой автоматизированной системы счисления пути является навигационный вычислитель. Он может быть аналоговым, то есть основанным на электромеханических устройствах, или цифровым

266
(компьютер). На вход вычислителя непрерывно поступает информация от датчиков, измеряющих необходимые для счисления навигационные элементы (например, курс, угол сноса, скорость). На выходе вычислителя – счисленные координаты, а также, возможно, скорости их изменения. Эти выходные данные отображаются на индикаторах для экипажа, а также могут поступать в бортовую систему автоматического управления полетом, которая обеспечивает выполнение полета по ЛЗП. В современных навигационных комплексах счисленное МС может отображаться графически на дисплее на синтезированной электронным путем карте или на авиационном планшете на фоне бумажной карты.
Счисленное место самолета характеризуется его координатами, следовательно, должна быть выбрана система координат.
В системах счисления пути, основанных на использовании измеренных скоростей ВС, обычно используются ортодромические системы координат.
Наиболее часто – частноортодромическая, связанная с ЛЗП участка маршрута. Как показано в главе 2, ортодромические системы координат – это системы, заданные на сфере. Однако в системах счисления пути они принимаются за обычные плоские декартовы системы координат. Тот факт, что поверхность земли при счислении принимается за плоскость, не вносит существенной погрешности в рассчитанные координаты, если удаление ВС от осей системы координат не превышает нескольких сотен километров.
Рис. 8.7. Прямоугольная система координат
Рассмотрим абстрактную систему прямоугольных координат OXY
(рис. 8.7). Для того, чтобы она относительно земли занимала вполне определенное положение, необходимо указать:

267 а) куда направлены ее оси; б) где располагается начало системы координат (точка пересечения осей, соответствующая нулевым значениям координат).
Действительно, координаты одной и той же точки на земле, в том числе и самолета, будут различными, в зависимости от того, где находится начало системы координат, в Поповке или в Мироновке и куда ориентированы оси системы координат. Поэтому в навигационный вычислитель должна быть введена информация о том, какая система координат выбрана для счисления.
Ориентация осей обеспечивается путем ввода в навигационный вычислитель угла карты.
Угол карты (β
к
, УК) – это угол между северным направлением меридиана и направлением одной из осей системы координат. Если установлен, например, УК=315, то это означает, что главная ось системы координат направлена на северо-запад. Вторая ось, поскольку система координат прямоугольная, ориентируется автоматически.
А вот расположение начала системы координат задается путем
установки начальных координат МС. Рассмотрим этот вопрос чуть подробнее.
Допустим, точно задано, где именно на земной поверхности располагается начало системы координат OXY и куда направлены ее оси.
Тогда любая точка, в том числе и ВС, будет иметь вполне определенные координаты x,y.
А можно поступить и наоборот. Задав УК, можно просто приписать или назначить ВС любые значения координат x,y. Но при этом и расположение начала системы координат будет однозначно определено.
Таким образом, путем ввода в навигационный вычислитель координат
ВС в момент начала счисления пилот и задает расположение системы координат.
Впрочем, для самого вычислителя никакой системы координат не существует. Он просто производит вычисления по заложенным в него алгоритмам. Это пилот интерпретирует результаты этих вычислений как координаты.
Снова приведем пример с обычными часами. Допустим, Вы хотите, чтобы часы показывали московское время. Время суток – это не что иное, как интервал времени (в часах, минутах), который прошел от начала суток, то есть от того момента, когда по выбранному времени было ноль часов.
Можно узнать значение этого времени (например, по радио), установить его на часах и считать, что они показывают московское время.
Но ведь ничто не мешает установить на своих часах абсолютно любое
значение времени, например, 11.37. Это будет означать, что Ваши часы установлены по какому-то такому времени, в котором сутки начались 11 ч
37 мин назад. Совершенно неважно, существует ли такое время в природе, пользуются ли таким временем где-либо в мире. Возможно, что выставленное Вами время, случайно или преднамеренно, совпадет с тем, по

268 которому живут, скажем, во Франкфурте. Тогда Вы можете сказать, что
Ваши часы идут по среднеевропейскому времени.
Но самим часам это безразлично. Часы (как и навигационный вычислитель), просто отсчитывают приращение времени (координат) по отношению к выставленному времени (начальным координатам). Поэтому, когда Вы устанавливаете на часах значение времени, тем самым Вы определяете момент начала суток. Когда Вы вводите в вычислитель значения текущих координат ВС в качестве начальных координат для счисления, то тем самым Вы задаете, где находится начало системы координат.
В момент начала счисления текущие координаты ВС совпадают с начальными, но в процессе полета они изменяются в соответствии с перемещением ВС. Первое, что делает навигационный вычислитель для определения текущих координат – раскладывает вектор путевой скорости W на составляющие W
x
и W
y
по осям выбранной системы координат. Для этого ему необходимо знать модуль и направление вектора W, а также направление осей.
Теперь, когда известна скорость вдоль каждой оси, можно рассчитать и расстояние, пройденное по этой оси от начального значения соответствующей координаты.
Если бы составляющие скорости по осям были бы постоянными, то текущие координаты самолета x,y определялись бы по простым формулам:
x=x
0
+ W
x
t;
y=y
0
+ W
y
t,
где t – время полета от начальной точки с координатами x
0
, y
0
Но в общем случае составляющие скорости непрерывно меняются, поскольку изменяется и модуль, и направление вектора путевой скорости.
Ведь самолет может изменить курс и истинную скорость, изменяется и ветер.
С точки зрения математики скорость – это производная расстояния, то есть скорость (быстрота) его изменения. Взятие производной называется дифференцированием. Операция, обратная дифференцированию, – это интегрирование, позволяющее по известной производной найти саму величину (закон ее изменения). Следовательно, для определения пройденного
расстояния по каждой оси необходимо в общем случае интегрировать
составляющую скорости по этой оси.
Можно к этому же выводу подойти и с другой стороны. Скорость непрерывно изменяется, но на любом бесконечно малом отрезке времени ее можно считать постоянной и определить бесконечно малое расстояние, пройденное за это время, простым умножением времени на скорость. Но весь пройденный путь является суммой бесконечно большого количества бесконечно малых участков. А сумма бесконечно большого количества бесконечно малых слагаемых – это и есть определенный интеграл.
Таким образом, в общем виде уравнения счисления можно записать:

269






t
y
t
x
dt
W
y
y
dt
W
x
x
0 0
0 0
;
(8.1)
Навигационный вычислитель непрерывно интегрирует составляющие скорости, определяя приращения координат к их начальным значениям. В цифровых вычислителях интегрирование осуществляется по алгоритмам численного интегрирования. В аналоговых вычислителях оно выполняется интегрирующими электродвигателями, то есть такими, у которых скорость вращения зависит от подаваемого на него напряжения. Если подавать напряжение, пропорциональное скорости, то чем больше скорость, тем больше оборотов в единицу времени сделает двигатель, «накручивая» пройденное расстояние. Похожим образом работает спидометр в автомобиле, рассчитывая пройденное расстояние по скорости вращения колес.
Текущие счисленные значения координат отображаются для экипажа на индикаторах. По какой бы траектории ни летел самолет, пилот может определить по ним координаты в данный момент времени.

перейти в каталог файлов