Понятие о счислении пути. Полная и штилевая прокладка.
Понятие о счислении
При выполнении любого полета члены летного экипажа должны в любой момент времени знать текущее местонахождение ВС. Определение места самолета – одна из основных задач аэронавигации. В аэронавигации применяется большое количество технических средств и методов их использования для определения МС. Все они могут быть разделены на две большие и принципиальные группы методов.
К первой группе, которую называют методами определения абсолютных координат, относят такие, когда МС определяется путем его «привязки» к объектам с известным местоположением на земной поверхности. Это самая большая группа. К ней относятся, например, все методы радионавигации, когда МС определяется относительно наземных радиомаяков (по пеленгам, дальностям и т.д.). Сюда же относится определение МС по спутниковой навигационной системе. Хотя спутники находятся не на Земле, а в космосе, но в любой момент их местоположение относительно Земли известно. К этой же группе относятся и методы визуальной ориентировки, когда пилот определяет МС по отношению к наблюдаемым на земле визуальным ориентирам. Координаты МС, полученные на основании информации от перечисленных внешних источников навигационной информации, называются абсолютными, так как жестко связаны с землей и не зависят ни от режима полета, ни от дальности и продолжительности полета до момента определения МС.
Недостатком многих методов первой группы является то, что они позволяют определять МС только дискретно, то есть не непрерывно, а через определенные интервалы времени. Например, пилот не может каждую секунду прокладывать на карте пеленг и дальность от радиомаяка для определения МС.
Для получения непрерывной информации о местонахождении ВС используются методы второй группы, с помощью которых определяются относительные координаты. Они отсчитываются от последнего известного МС, полученного одним из методов первой группы. Действительно, если, например, известно, что в определенный момент ВС пролетело над населенным пунктом Белкино, а затем двигалось в известном направлении с известной скоростью, то можно просто рассчитать местонахождение ВС и через десять, и через двадцать минут полета. В этом и заключается суть методов второй группы, которые называют методами счисления пути.
Счисление пути – методы определения координат места самолета, основанные на информации о начальном месте самолета и информации о навигационных элементах движения.
Таким образом, для счисления необходимо знать, во-первых, МС в какой-то момент времени, а во-вторых, каким образом оно после этого перемещалось. Например, какова была путевая скорость, курс, угол сноса и т.п.
При счислении по сути рассчитываются не сами координаты ВС, а их приращение с течением времени к начальным значениям координат. Координаты текущего МС как бы сохраняются в пространстве и времени между моментами определения абсолютных координат. Координаты, полученные с помощью счисления, называют относительными, поскольку они «привязаны» не непосредственно к земле, а к начальным координатам МС, которые определил экипаж. А ведь эти начальные координаты могут быть неточными или вовсе неправильными, если пилот, например, принял Мироновку за Белкино.
Счисление пройденного пути не требует наличия внешней информации (за исключением информации о начальном месте самолета), то есть осуществляется автономно, с помощью только бортовых средств.
Характерной особенностью счисления является то, что оно должно выполняться в течение полета непрерывно. Если оно прекратилось, то для его возобновления придется снова определять текущие координаты, которые станут начальными для продолжения счисления.
Другой важной особенностью счисления является накопление погрешностей определения счисленных координат. Ведь навигационные элементы движения (например, курс, скорость), по которым рассчитываются координаты, никогда не являются совершенно точными. Погрешности их определения приводят к тому, что чем дольше летит ВС, тем менее точно определяются счисленные координаты.
Счисление пути (Dead Reckoning, DR) является одним из самых древних методов навигации. Еще Колумб писал: «Счастлив тот, кто с ним знаком». В морской навигации его называют «письменным счислением», поскольку с древних времен оно осуществлялось путем расчетов и графических построений линии пути на карте. Такой метод неавтоматизированного счисления применяется и в аэронавигации и называется прокладкой линии фактического пути. Различают полную, штилевую и обратную прокладки.
На современных ВС счисление пути осуществляется автоматически с помощью автоматизированных систем счисления пути, которые могут являться составной частью бортового пилотажно-навигационного комплекса. В зависимости от того, какие именно навигационные элементы движения используются для счисления, различают курсодоплеровское, курсовоздушное и инерциальное счисление пути.
Графическое счисление пути
Полная прокладка. Целью полной прокладки является определение текущего МС и поэтому она, конечно, выполняется во время полета. Не следует думать, что в каждом полете пилот или штурман выполняет прокладку. В этом нет необходимости, поскольку в гражданской авиации полеты выполняются по трассам, и ВС, как правило, находится вблизи ЛЗП. А величина уклонения от ЛЗП, оставшееся и пройденное расстояние, другие необходимые для навигации параметры определяются более просто и быстро с помощью различных технических средств.
Необходимость выполнения прокладки может возникнуть при существенном отклонении от заданного маршрута, например, при обходе зон грозовой деятельности, а также при проведении аэросъемки.
О том, что необходимо будет выполнить прокладку, нужно позаботиться заранее. В момент пролета достоверно опознанного ориентира (начального пункта счисления) необходимо записать в штурманском бортовом журнале время, курс, путевую скорость и угол сноса. Эти же величины фиксируются в штурманском бортовом журнале при каждом изменении курса. Такие записи могут выглядеть, например, следующим образом:
17.42. Ивановка, МК=123, W=420, УС= −4
17.56. МК=86, W=390, УС=−2
18.07. МК=99, W=410, УС=−1
и т.д.
По этим данным можно определить текущее МС, например, для момента времени 18.24.
Желательно, чтобы курс на каждом таком участке полета, то есть, от одного изменения курса до другого, был постоянным. Если же он несколько меняется, то следует использовать его среднее значение. Это же относится к путевой скорости и углу сноса, которые также могут меняться из-за изменения ветра. Угол сноса и путевая скорость на каждом участке маршрута могут измеряться или рассчитываться по известному ветру.
Полная прокладка заключается в том, чтобы проложить на полетной карте ЛФП для каждого участка полета, начиная от начального пункта. В приведенном примере этим пунктом является Ивановка.
Для прокладки на карте каждого участка необходимо знать его направление и длину. Направление ЛФП характеризуется фактическим 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.
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;
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 Sотн она отнесла самолет от штилевого МС:
Sотн=U tобщ,
где tобщ - 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:
δн.и= δ ±180°, или δн.и= δн.м+ΔМ,
где δн.и и δн.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 Sотн.
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.