ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени академика С.П. КОРОЛЕВА»

П.Г. Шабалов,

В.И. Соловьев,

Е.Ф. Галкин

Навигационные системы

САМАРА 2006

3Министерство образования и науки российской федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени академика С. П. КОРОЛЕВА

П.Г. Шабалов, В.И. Соловьев, Е.Ф. Галкин

Навигационные системы

Учебное пособие

САМАРА 2006

УДК

С.П. Шабалов, В.И. Соловьев, Е.Ф. Галкин. Навигационные системы: Учеб. пособие. Самар. гос. аэрокосм. ун-т. Самара, 2006, 84 с.

В данном учебном пособии представлены сведения о навигационной системе базового самолета МиГ-29, рассмотрена общая характеристика, роль и место в системах электроснабжения летательных аппаратов, а также принцип действия и конструктивное исполнение данных систем. Основное внимание уделено рассмотрению вопросов теории построения навигационных систем, объясняющей принцип действия, рассмотрены основные характеристики и процессы физических явлений, возникающие при работе системы. В учебном пособии также изложены конструкция, основные технические данные, правила эксплуатации и взаимодействие с другими системами навигационной системы самолета МиГ-29.

Данное пособие предназначено для студентов, обучающихся на военной кафедре СГАУ. И предназначено для студентов ВУЗов, обучающихся по военно-учетным специальностям ВВС.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева

Рецензент: Г.И. Леонович, М.Н. Ковалев

ISBN © Самарский государственный

аэрокосмический университет, 2006

Оглавление:

Условные обозначения……………………………………………………5

Предисловие ………………………………………………………………7

Введение……………………………………………………………………8

1.Навигационные системы (НС)

1.1. Задачи и методы навигации………………………………………..…11

1.2. Навигационные системы координат (СК)……………………..……12

1.3. Системы воздушно-доплеровского счисления пути…………..…..22

2. Инерциальные навигационные системы (ИНС)

2.1. ИНС - общие сведения, принципы построения…………………....24

2.2. Принцип действия и методические погрешности акселерометров……………………………………………………….27

2.3. Классификация, принципы построения и работы гиростабилизаторов…………………………………………...……..35

3. Инерционная Курсовертикаль (ИКВ)

3.1. Система "ИКВ-1": назначение, алгоритмы функционирования,

состав и режимы работы…………………..……….…………………39

3.2. Режим начальной выставки ИКВ-УВ и ТВ...……………………….43

3.3. Рабочие режимы ИКВ…………………….....……………………….50

4 Навигационные системы СН-29

4.1. Общие сведения о навигационном комплексе типа СН-29………..57

4.2. Информационный комплекс вертикали и курса ИК-ВК-80…...…...60

4.3. Режимы подготовки (выставки). Ускоренная выставка………........64

5. Режимы работы ИК-ВК-80.

5.1. Нормальная выставка (НВ). Режим повторного запуска (РПЗ)……71

5.2. Рабочие режимы горизонтальных каналов…………………...……..74

5.3. Рабочие режимы каналов курса…………………………………..….77

5.4. Особенности эксплуатации ИК-ВК-80…………………………..…..80

Список использованных источников……………………………………..84

Условные обозначения

АНУ - автоматическое навигационное устройство

АОр - азимут ориентира

БК - блок коррекции,

БУГ - блок усилителей гиродатчика

БЦВМ - бортовая цифровая вычислительная машина

ГБ - гироблоки

ГВК - гирофлексами

ГПК-гирополукомпас

ГСП - гиростабилизированная платформа

ДС - двигатель стабилиза­ции

ЗК – задатчик курса

ИД - индукционный датчик магнитного курса

ИКВ - инерциальные курсовертикали

ИПМ - исходный пункт маршрута

КМ - коррекционный механизм

КПМ - конечный пункт маршрута

ЛА – летательный аппарат

ЛЗП - линии заданного пути

МК - магнитная коррекция

МС - место самолета

НОМ - начальный ортодромический меридиан

НПУО - путевой угол ортодромии

НРК - наружная (внешняя) рама крена

НС- навигационная система

ОЭ - ортодромический экватор

ОМ - ортодромический меридиан

П - пеленг цели

ПК - пульт контроля

ПНД - пульт ввода начальных данных

ПНК - пилотажно-навигационные комплексы

РСБН- радиосистема ближней навигации

РК – радиокомас

РПЗ - Режим повторного запуска

СВС – система воздушных сигналов

СК - системы координат

САУ – система автоматического управления

ТВ – точная выставка

УД - угол доворота

УВ - ускоренная выставка

Предисловие

Во время полета пилоту необходимо четко ориентироваться в пространстве для выполнения поставленной задачи. Для определения места самолета в пространстве необходима некая система, которая определяла бы положение самолета относительно земной поверхности, а также угловое положение ЛА в выбранной системе координат. Эти задачи в полном объеме решают различные типы НС.

НС тесно связана с другими системами и комплексами ЛА, и использует электрические сигналы, пропорциональные параметрам окружающей среды, полученные другими системами и датчиками(СВС, ДИСС, РСБН).

Без данной системы немыслимо управлять современными ЛА. И при помощи стараний разработчиков она органично вписана в электрооборудование воздушных судов.

Учебное пособие поможет разобраться с общим принципом построения НС и подробно изучить конкретные системы(ИКВ-1, ИКВ-УВ, СН-29, НК-ВК-90, ИК-ВК-80).

Данное учебное пособие разработано таким образом, чтобы стали понятны основные тенденции развития НС, с одной стороны, и подробно изучены системы, реально применяющиеся в настоящее время в рядах вооруженных сил РФ. В пособии собраны все необходимые сведения для подробного ознакомления с данной тематикой.

Введение

Полет самолета по заданному маршруту вне видимости Земли возможен только по приборам, которые могли бы показывать по­ложение самолета относительно горизонта и определять его курс и координаты в системе координат, связанной с Землей. В этом случае очень важны такие понятия, как траектория и маршрут полёта.

Линию движе­ния самолета в пространстве называют траекторией, а про­екцию траектории на поверхность Земли — маршрутом по­лета.

Положе­ние самолета относительно горизонта и его курс определяются приборами, которые в совокупности образуют единый пилотажно-навигационный комплекс.

Навигационные системы представляют собой централизован­ные устройства, объединяющие индукционные (магнитные), гиро­скопические, астрономические и радиотехнические средства изме­рения параметров полёта. В навигационных системах автоматизируется процесс кор­рекции ошибок отдельных компасных датчиков и снижается общий уровень ошибок до минимального значения; улучшаются динамические свойства курсовой системы в целом и облегчается анализ выходной информации. Они имеют повышенную помехозащищен­ность и обладают достаточной автономностью применения.

Целью авиационной навигации является вывод самолета в заданное время в заданную точку пространства. Отсюда можно сделать вывод, что навигация — наука о методах и средствах вождения подвиж­ных объектов. Главной задачей навигации является определе­ние координат местоположения объекта.

В настоящее время задачи навигации решают в основном позиционным методом и методом счисления пути.

Позиционный метод состоит в определении координат место­положения самолета из геометрических соотношений по изме­ренным расстояниям и углам взаимного расположения самоле­та и известных точек (ориентиров, радиомаяков, светил). На этом методе основаны способы астрономической, радиотехниче­ской навигации, а также визуальная ориентировка.

Счисление пути заключается в вычислении траектории дви­жения самолета по измерениям величины и направления его скорости и координатам начальной точки движения. Для изме­рения скорости движения самолета могут использоваться изме­рители воздушной скорости, доплеровские измерители скорости и инерциальные навигационные системы. Направление движе­ния самолета определяется с помощью курсовых приборов. В за­висимости от типа применяемых измерителей различают курсо-воздушные, курсо-доплеровские и инерциальные способы счис­ления пути.

В данном разделе нельзя не упомянуть, что одну из важнейших ролей в решении навигационной задачи играют гироскопические приборы. Положе­ние самолета относительно горизонта и его курс определяются гироскопом с тремя степенями свободы. Направления оси симметрии такого гироскопа и осей его карданового подвеса выбирают в зависимости от назна­чения прибора. Так, в приборах, предназначенных для определе­ния положения самолета относительно горизонта, ось симметрии гироскопа совмещают с вертикалью, а оси карданового подвеса устанавливают горизонтально.

Широкое применение трехстепенного гироскопа на самолете обусловлено его способностью мгновенно показывать изменения положения самолета в пространстве. Это свойство гироскопа основано на сохранении им своего положения в пространстве при поворотах самолета.

Трехстепенные гироскопы с коррекцией и без нее были одними из первых гироскопических приборов, нашедших широкое приме­нение в авиационной практике. Другими гироскопическими прибо­рами, также уже давно применявшимися на практике, являются двухстепенные гироскопы — указатели поворота для измерения угловой скорости вращения самолета по курсу.

Как трехстепенные, так и двухстепенные гироскопы сначала применялись на самолетах в качестве индикаторных приборов, затем с появлением автопилотов они стали широко применяться в них в качестве чувствительных элементов. Для выполнения этих функций гироскопы снабжаются датчиками, преобразующими угловые перемещения самолета и гироскопа в сигналы электриче­ского тока или перепада давлений.

С развитием самолетов возникла необходимость в создании платформ, которые сохраняли бы неизменным свое положение в пространстве независимо от вращения самолета или ракеты, на которых они устанавливались. В практике наиболее пригодны­ми для этих целей оказались платформы, стабилизированные гиро­скопами. Такие гиростабилизированные платформы, использующие, как правило, несколько гироскопов, получили в последнее время широкое распространение на самолетах.

Навигационные системы современных самолетов являются комплексными, т. е. они состоят из ряда взаимосвязанных под­систем, реализующих различные методы и способы нави­гации.

1. НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ (НС)

1.1. Задачи и методы навигации

Различают общую и частную задачи навигации.

ОБЩЕЙ задачей навигации (задачей самолетовождения) является обеспечение перемещения ЛА в заданную точку, по заданной траектории, за определенное время и с необходимой точностью. Решение этой задачи осуществляется с помощью пилотажно-навигационных комплексов (ПНК).

ЧАСТНОЙ задачей навигации является вычисление текущих координат местоположения ЛА. Эта задача решается навигационными устройствами и системами, которые определяют место самолета (МС), то есть координаты проекции его центра масс на поверхность Земли.

Для определения места самолета используются следующие методы: 1)обзорно-сравнительный; 2)позиционный; 3)счисления пути.

1) Обзорно-сравнительный метод заключается в визуальном или автоматическом сравнении наблюдаемой местности или участка неба с географической или звездной картой. Простейшая реализация этого метода состоит в визуальных наблюдениях летчика (экипажа) за внекабинным пространством (особенно в режиме посадки) и экранами обзорных бортовых радиолокационных станций.

2) Позиционный метод заключается в вычислении координат ЛА из геометрических соотношений, когда исходной информацией являются дальности, азимуты (пеленги) или курсовые углы до точек на земной поверхности с известными координатами или высоты и азимуты светил, наблюдаемых с ЛА. Этот метод используется в ближней и дальней радионавигации, а также при применении астрономических средств.

3) Метод счисления пути заключается в интегрировании во времени ускорения или скорости движения центра масс ЛА.

Счисление пути осуществляется на основе воздушного (аэрометрического), доплеровского и инерциального способов навигационных измерений.

При этих методах используются только бортовые технические средства, поэтому они являются автономным, то есть независимыми от работы наземного оборудования.

В последнее время быстрыми темпами развиваются корреляционно-экстремальные навигационные системы, основанные на сопоставлении некоторого физического поля Земли в точке местоположения ЛА с соответствующей картой, хранящейся в памяти бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ). В этих системах могут быть использованы практически все физические поля Земли: рельефы, магнитное, тепловое, гравитационное и др. Выбор поля обусловливается его изученностью и стабильностью. Путем сравнения в БЦВМ карты поля с информацией измерителя этого же поля отыскивается экстремум корреляционной функции, по которому определяется местоположение ЛА относительно принятой навигационной системы координат.

Корреляционно-экстремальные системы чаще всего применяются для коррекции других навигационных систем.