Воздушная навигация.ЧелАвиа-2013

параметров его движения осуществляется главным образом с помощью приборов,

которые называют в целом техническими средствами навигации. Человек, в

отличие от птиц, которые способны сами ориентироваться при дальних перелетах,

не имеет органа чувств, который позволил бы ему без приборов определить свое местоположение в пространстве в условиях невидимости земли.

О том, чтобы аэронавигация соответствовала предъявляемым к ней требованиям, необходимо позаботиться задолго до полета. Для этого должны быть построены безопасные и экономичные заданные траектории полета по маршруту и в районе аэродрома, экипаж должен быть обеспечен необходимой информацией, произведены все необходимые предполетные расчеты и т.д.

Решение всех этих задач объединяется в область деятельности, которая в последние годы получила название аэронавигационного обеспечения полетов

(АОП).

Аэронавигационное обеспечение полетов – комплекс мероприятий,

проводимых на этапах организации, подготовки и выполнения полетов и направленных на создание условий для точной, безопасной и экономичной аэронавигации.

Эта деятельность осуществляется различными службами аэропортов,

авиакомпаний, центральных руководящих органов отрасли. Она включает в себя установление заданных траекторий полета (воздушных трасс, схем маневрирования в районе аэродрома и т.п.), обеспечение экипажей и других потребителей аэронавигационной информацией, подготовку данных для бортовых и наземных автоматизированных систем, выполнение предполетных расчетов,

предполетное консультирование экипажей по вопросам аэронавигации и многое другое. По мере того как процесс аэронавигации становится все более автоматизированным, все больше возрастает роль АОП.

Аэронавигация как наука и учебная дисциплина. Термином «аэронавигация» обозначается не только процесс траекторного управления ВС, но и наука, а также и учебная дисциплина, изучающие этот процесс.

11

Аэронавигация – прикладная наука о точном, надежном и безопасном вождении ВС из одной точки в другую, о методах применения технических средств навигации.

Как наука аэронавигация тесно связана с другими науками, в первую очередь с АОП.

Аэронавигация как учебная дисциплина по содержанию своего материала не является, по-видимому, столь сложной, как например, физика или математика.

Но у нее есть важная особенность, отличающая ее от большинства других дисциплин. Если при решении задачи по физике допущена ошибка, то, заглянув в учебник, ее можно исправить. Если же в полете допущена навигационная ошибка,

в результате которой ВС, например, столкнулось горой, то исправлять ее будет некому. Отсюда следует, что все навигационные задачи экипаж должен уметь решать безошибочно, точно и быстро и, конечно, без помощи учебников и шпаргалок. Для того, чтобы добиться этого, недостаточно заучить формулы и правила. Нужно хорошо понимать смысл протекающих в полете процессов,

представлять себе общую картину полета, то есть иметь, как говорят авиационные психологи, навигационных образ полета. Для этого нужно иметь пространственное воображение, хорошую кратковременную память, иметь прочные навыки устного счета хотя бы на уровне сложения-вычитания двух или -

трехзначных чисел.

Приобретение таких навыков само по себе не представляет большой сложности, но оно не может быть выполнено мгновенно, требует последовательной постепенной работы. Как невозможно за три дня до зачета по физкультуре научиться подтягиваться двадцать раз, так и невозможно овладеть навигацией, если не заниматься ею систематически.

1.2 Классификация технических средств самолетовождения по

принципу действия

Аэронавигация осуществляется с использованием технических средств,

которые разделяются на следующие группы:

12

-Геотехнические средства. Это средства, принцип действия которых основан на использовании физических полей Земли (магнитного,

гравитационного, поля атмосферного давления), либо использовании общих физических законов и свойств (например, свойства инерции). К этой большой и самой древней группе относятся барометрические высотомеры, магнитные и гироскопические компасы, механические часы, инерциальные навигационные системы и т.п.

-Радиотехнические средства. В настоящее время представляют собой самую большую и самую важную группу средств, являющихся в современной аэронавигации основными для определения как координат ВС, так и направления его движения. Они основаны на излучении и приеме радиоволн бортовыми и наземными радиотехническими устройствами, измерении параметров радиосигнала, который и несет навигационную информацию.

-Астрономические средства. Методы определения местоположения и курса корабля с помощью небесных светил (Солнца, Луны и звезд) использовались еще Колумбом и Магелланом. С появлением авиации они были перенесены и в аэронавигационную практику, разумеется, при использовании специально сконструированных для этого технических средств – авиационных компасов,

секстантов и ориентаторов. Однако точность астрономических средств была низка, а время, необходимое для определения с их помощью навигационных параметров, достаточно велико, поэтому с появлением более точных и удобных радиотехнических средств астрономические средства оказались за рамками штатного оборудования гражданских ВС, оставаясь лишь на самолетах,

выполняющих полеты в полярных районах.

Светотехнические средства. Когда-то, на заре авиации, световые маяки,

наподобие морских маяков, устанавливали на аэродромах с тем, чтобы ночью пилот издалека смог его увидеть и выйти на аэродром. По мере того, как полеты все больше стали проходить по приборам и в сложных метеоусловиях, такая практика стала сокращаться. В настоящее время светотехнические средства используются главным образом при заходе на посадку. Различные системы светотехнического оборудования позволяют экипажу на конечном этапе захода

13

обнаружить взлетно-посадочную полосу (ВПП) и определить положение ВС относительно нее.

1.3 Форма и размеры Земли

На основании многочисленных геодезических измерений установлено, что Земля представляет собой небесное тело, не имеющее простой геометрической формы. За геометрическое тело, близкое к истинной форме Земли, принят геоид.

Геоидом называется геометрическое тело, ограниченное условной (уровенной)

поверхностью, которая является продолжением поверхности океанов в их спокойном состоянии. Геоид не имеет простого математического выражения,

поэтому производить точные вычисления по его данным очень сложно. Для упрощения различных вычислений геоид заменяют эллипсоидом вращения,

который имеет правильную геометрическую форму и незначительно отличается от геоида.

Эллипсоидом вращения называется геометрическое тело, образованное вращением эллипса вокруг его малой оси.

Впервые размеры Земли были определены в глубокой древности. Но они были приближенны. Поэтому на протяжении многих лет в ряде стран велись работы по уточнению размеров земного эллипсоида.

14

В Советском Союзе группа ученых под руководством члена-корреспондента Академии наук СССР профессора Ф. Н. Красовского (1878—1948 гг.) произвела многочисленные измерения на огромной территории Земли и в результате обработки полученных данных определила более точные размеры земного эллипсоида. Этот эллипсоид (Его называют референц-эллипсоидом Ф. И,

Красовского) положен в основу всех топогеодезических и картографических работ. Он имеет следующие характеристики (рис. 1.1):

большая полуось (экваториальный радиус) а = 6378,245 км;

малая полуось (полярный радиус) b = 6356,863 км;

Величина сжатия Земли у полюсов является незначительной. Она составляет всего лишь 21,382 км. Следовательно, форма Земли мало отличается от шара.

Поэтому для упрощения решения многих задач самолетовождения сжатием Земли пренебрегают и принимают Землю условно за шар (сферу), радиус которого

R=6371 км.

Максимальные ошибки от замены эллипсоида шаром не превышают

±0,5% в определении расстояния и ±12' в определении углов.

1.4 Основные географические точки, линии и круги на земном

шаре

Земля непрерывно вращается с запада на восток. Диаметр, вокруг которого происходит это вращение, называется осью вращения Земли (рис. 1.2).

Эта ось пересекается с поверхностью Земли в двух точках, которые называются географическими полюсами: один Северным (С), а другой Южным» (Ю).

Северным называется тот полюс, в котором, если смотреть на него сверху,

вращение Земли направлено против хода часовой стрелки. Противоположный полюс называется Южным.

Через любую точку на земном шаре можно провести большой и малый круги.

Большим называется круг, образованный на земной поверхности плоскостью сечения, проходящей через центр Земли.

15

Малым называется круг, образованный на земной поверхности плоскостью сечения, не проходящей через центр Земли.

Большой круг, плоскость которого перпендикулярна оси вращения Земли,

называется экватором. Экватор делит земной шар на Северное и Южное полушария.

Малый круг, плоскость которого параллельна плоскости экватора, называется параллелью. Через каждую точку на земной поверхности можно провести только одну параллель, которая называется параллелью места.

Большой круг, проходящий через полюсы Земли, называется географическим,

или истинным, меридианом. Через каждую точку на земной поверхности, кроме полюсов, можно провести только один меридиан, который называется меридианом места. Меридиан, проходящий через Гринвичскую астрономическую обсерваторию, находящуюся в Англии вблизи Лондона, принят по международному соглашению в качестве начального, или нулевого, меридиана.

Начальный меридиан делит земной шар на Восточное и Западное полушария.

Плоскость экватора и плоскость нулевого меридиана являются начальными плоскостями, от которых производится отсчет географических координат.

16

Географические координаты — это угловые величины, которые определяют положение данной точки на земной поверхности. Географическими координатами являются широта и долгота места (рис. 1.3).

Широтой места φ называется угол между плоскостью экватора и направлением на данную точку М из центра Земли или длина дуги меридиана, выраженная в градусах, между экватором и параллелью данной точки. Широта измеряется в градусах. Отсчет ведется от экватора к полюсам от 0 до 90°. Широта,

отсчитываемая к северу, называется северной и считается положительной.

Широта, отсчитываемая к югу, называется южной и считается отрицательной. Все точки, лежащие на одной параллели, имеют одинаковую широту.

Долготой места λ называется двугранный угол между плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана данной точки М или длина дуги экватора,

выраженная в градусах, между начальным меридианом и меридианом данной точки. Долгота измеряется в градусах. Отсчет ведется от начального меридиана к востоку и западу от 0 до 180°. Долгота, отсчитываемая на восток, называется восточной и считается положительной. Долгота, отсчитываемая на запад,

называется западной и считается отрицательной. Все точки, лежащие на одном меридиане, имеют одну и ту же долготу.

17

Меридиан, имеющий долготу 180°, по международному соглашению принят в качестве линии смены дат и начала международной разграфки карт.

Долгота места, кроме угловых величин, может измеряться в единицах времени

(часах, минутах и секундах). Она отсчитывается от начального меридиана к востоку и западу от 0 до 12 ч. Измерение долготы в единицах времени основано на суточном вращении Земли. Такое выражение долготы бывает необходимым при решении некоторых задач самолетовождения.

1.5Единицы измерения расстояний

Всамолетовождении основными единицами измерения расстояний являются километр и метр. В некоторых случаях в качестве единицы измерения расстояния применяется морская миля (ММ). В США и Англии для измерения расстояний,

кроме морской мили, применяется английская статутная миля (AM) и фут.

Морская миля представляет собой длину дуги меридиана в 1'.

При использовании указанных единиц измерения расстояний следует знать соотношение между ними, а именно:

1 ММ = 1' дуги меридиана =1852 м= 1,852 км;

1АМ=1,6км; 1 фут=30,48 см; 1 м = 3,28 фута.

Перевод одних единиц измерения расстояний в другие производится по формулам:

S км = S ММ·1,852; S ММ = S км:1,852;

S км = S AM·1,6; S AM = S км:1,6;

НФутов = Н м·3,28, Нм =НФутов:3,28.

Обычно перевод одних единиц измерения расстояний в другие выполняется с помощью навигационной линейки.

18

1.6Направления на земной поверхности

Всамолетовождении принято направления на земной поверхности измерять в градусах относительно северного направления меридиана. Направления могут указываться азимутом (истинным пеленгом) и путевым углом.

Азимутом, или истинным пеленгом, ориентира называется угол, заключенный между северным направлением меридиана, проходящего через данную точку, и

направлением на наблюдаемый ориентир (рис. 1.4, а). Азимут (пеленг) ориентира отсчитывается от северного направления меридиана до направления на ориентир по часовой стрелке от 0 до 360°.

Для выполнения полета из одного пункта в другой их соединяют на карте линией, которая в самолетовождении называется линией заданного пути (ЛЗП).

Чтобы выполнить полет по ЛЗП, необходимо знать направление полета, которое определяется заданным путевым углом (ЗПУ). ЗПУ — это угол, заключенный между северным направлением меридиана и линией заданного шути (рис. 1.4, б).

Он отсчитывается от северного направления меридиана до направления линии заданного пути по часовой стрелке от 0 до 360°.

1.7 Определения, порядок отсчета

Для количественного выражения направлений необходимо ввести какое-

либо направление начала отсчета и измерять направление углом, между этим опорным направлением и данным. В навигации по традиции углы отсчитываются

19

по часовой стрелке от опорного направления и измеряются от 0° до 360° (см.

выше определение пеленга). Отметим следующие достаточно очевидные факты.

1)Два одинаковых направления имеют одинаковую числовую меру независимо от того, от какого опорного направления они отсчитываются – лишь бы от одного и того же.

2)Если к какому либо направлению прибавить или вычесть из него 360°, само направление от этого не изменится - куда в пространстве было направлено, туда и осталось. Изменилось лишь численное выражение этого угла. Это все равно, что измерять температуру по Цельсию или по Фаренгейту – количество градусов разное, а сама температура та же самая, ни теплее, ни холоднее.

Поскольку в полной окружности 360°, то и направление 30°, и 390°, и 750° (750=360·2+30) – это одно и то же направление. Разумеется, нет смысла оперировать значениями, превышающими 360°, и, если такое значение получилось в процессе расчетов, необходимо его «нормировать» – перейти в диапазон 0-360°.

3)Иногда удобно для практических расчетов оперировать и отрицательными углами. В этом случае угол, отсчитываемый по часовой стрелке, считается положительным, а против часовой стрелки – отрицательным. Одно и то же направление может быть выражено как положительное (отсчитываемое по часовой стрелке), так и отрицательное (отсчитываемое против часовой стрелки).

Понятно, что сумма абсолютных величин численных значений этих направлений составляет 360°. Например, +120° - это то же самое, что –240°, а –37°=+323°.

Необходимо легко и быстро уметь переходить от положительных значений к отрицательным и обратно, поскольку это существенно упрощает выполнение многих навигационных расчетов.

4) Численное выражение обратного (противоположного) направления отличается от исходного на 180°. По существу безразлично, прибавить или вычесть 180°.

Просто при не очень удачном выборе одного из этих двух вариантов может получиться отрицательное значение, которое при необходимости можно выразить положительным значением, или значение, превышающее 360° которое затем можно «нормировать».

20