Воздушная навигация.ЧелАвиа-2013

куда дует ветер. Отсчитывается оно от северного направления магнитного меридиана по часовой стрелке от 0 до 360° (рис. 7.1).

Метеорологическим направлением ветра называется угол, заключенный между северным направлением меридиана и направлением из точки, откуда дует ветер. Обычно на метеостанции отсчитывают метеорологическое направление ветра относительно северного направления истинного меридиана, т. е. угол δи.

В целях упрощения расчетов экипажам, производящим взлет и посадку,

сообщается метеорологическое направление ветра у Земли, отсчитанное относительно магнитного меридиана, т. е. на метеостанции вводят поправку на магнитное склонение, если оно более 10°.

Направление ветра на высотах полета, отсчитанное от истинного меридиана,

летный состав самостоятельно переводит в направление ветра, отсчитанное относительно магнитного меридиана. Метеорологическое направление ветра δ =

δи-(±Δм).

Магнитное склонение м берется для района расположения метеостанции.

Пример. δи=200°; м = —15°. Определить δ. Решение. δ=δи—(±Δм) =200°—(—

15°) =215°.

В штурманских расчетах используется навигационное направление ветра, или так называемый навигационный ветер. Перевод метеорологического направления ветра в навигационное и обратно выполняется по формулам: НВ = δ ± 180°; δ =

НВ ± 180°.

Рис. 7.2. Перевод скорости ветра (м/сек в км/ч и обратно)

Знак плюс берется, если δ или НВ меньше 180°, а знак минус — если δ или НВ больше 180°.

Скоростью ветра U называется скорость движения воздушных масс относительно земной поверхности. Скорость ветра измеряется в километрах в час или в метрах в секунду. Чтобы перейти от одних единиц измерения к другим,

91

например от метров в секунду к километрам в час, необходимо скорость ветра в метрах в секунду умножить на 3,6, т: е. U км/ч = U м/сек·3,6:

Перевод скорости ветра, выраженной в метрах в секунду, в скорость,

выраженную в километрах в час, можно осуществлять подсчетом в уме по упрощенной формуле

При штурманских расчетах для перехода от скорости ветра в метрах в секунду к скорости его в километрах в час и обратно пользуются НЛ-10М (рис. 7.2).

7.2 Элементы навигационного треугольника скоростей

Самолет относительно воздушной массы перемещается с воздушной скоростью в направлении своей продольной оси. Одновременно под действием ветра он перемещается вместе с воздушной массой в направлении и со скоростью ее движения. В результате движение самолета относительно земной поверхности будет происходить по равнодействующей, построенной на слагаемых скоростях самолета и ветра. Таким образом, при полете с боковым ветром векторы воздушной скорости, путевой скорости и скорости ветра образуют треугольник

(рис. 7.3), который называется навигационным треугольником скоростей. Каждый вектор характеризуется направлением и величиной.

Вектором воздушной скорости называется направление и скорость движения самолета относительно воздушных масс. Его направление определяется курсом самолета, а величина — значением воздушной скорости.

Вектором путевой скорости называется направление и скорость движения самолета относительно земной поверхности. Его направление определяется путевым углом, а величина — значением путевой скорости.

Вектором ветра называется направление и скорость движения воздушной массы относительно земной поверхности. Его направление определяется направлением ветра, а величина — значением его скорости.

92

Рис. 7.3. Навигационный треугольник скоростей и его элементы

Навигационный треугольник скоростей имеет следующие элементы:

МК — магнитный курс самолета;

V — воздушная скорость;

МПУ— магнитный путевой угол (может быть заданным —ЗМПУ и фактическим — ФМПУ);

W — путевая скорость;

НВ — навигационное направление ветра;

U — скорость ветра;

УС — угол сноса;

УВ — угол ветра.

Фактическим магнитным путевым углом называется угол, заключенный между северным направлением магнитного меридиана и линией фактического пути. Отсчитывается от северного направления магнитного меридиана до линии фактического пути по ходу часовой стрелки от 0 до 360°.

Углом сноса называется угол, заключенный между продольной осью самолета и линией пути. Отсчитывается от продольной оси самолета до линии пути вправо со знаком плюс и влево со знаком минус.

93

Углом ветра называется угол, заключенный между линией пути (фактической или заданной) и направлением навигационного ветра. Отсчитывается от линии пути до направления ветра по ходу часовой стрелки от 0 до 360°.

Между элементами навигационного треугольника скоростей существует следующая зависимость:

МК = МПУ - (± УС);

ОС = V cos УС;

МПУ = МК + (± УС);

CB = U cos УВ;

УС = МПУ-МК; W = VсоsУС + UсоsУВ;

УВ = δ ± 180° - МПУ; δ = МПУ + УВ ± 180°.

Так как углы сноса обычно небольшие, а косинусы малых углов близки к единице, то можно считать, что W V+UсоsУВ. Приведенные выше формулы используются для расчета элементов навигационного треугольника скоростей.

Угол сноса и путевая скорость являются основными навигационными элементами, поэтому нужно твердо знать, как они зависят от изменения воздушной скорости, скорости ветра и угла ветра.

7.3 Зависимость угла сноса и путевой скорости от воздушной скорости

самолета

При неизменном ветре и курсе самолета путевая скорость изменяется соответственно изменению воздушной скорости, т. е. с увеличением воздушной скорости путевая скорость становится больше, а с уменьшением — меньше (рис.

7.4). Считают, что изменение воздушной скорости вызывает пропорциональное изменение путевой скорости, т. е. насколько изменилась воздушная скорость,

настолько соответственно изменится и путевая скорость.

94

Угол сноса с возрастанием воздушной скорости уменьшается, а с ее

уменьшением — увеличивается.

7.4 Зависимость утла сноса и путевой скорости от скорости ветра

При постоянной воздушной скорости и курсе самолета с увеличением скорости ветра угол сноса увеличивается, а при ее уменьшении — уменьшается (рис. 7.5).

Путевая скорость при попутном и попутно-боковом ветре с изменением скорости ветра изменяется так же, как и угол сноса. При встречном и встречно-

боковом ветре с увеличением скорости ветра путевая скорость уменьшается, а с уменьшением —увеличивается.

Рис. 7.5. Зависимость УС и W от изменения скорости ветра: а —при попутно-

боковом ветре; б —при встречно-боковом ветре

95

7.5 Зависимость угла сноса и путевой скорости от угла ветра

Угол ветра в полете не остается постоянным. Его величина изменяется в полете как вследствие изменения направления ветра, так и вследствие изменения направления полета.

Отложим в определенном масштабе вектор воздушной скорости (рис. 7.6). Из конца этого вектора радиусом, равным скорости ветра в том же масштабе,

опишем окружность. Если перемещать вектор ветра по ходу часовой стрелки, то угол ветра будет изменяться.

Угол сноса и путевая скорость зависят от угла ветра следующим образом:

1.При УВ = 0°(ветер попутный) УС=0,W=V+U

2.При увеличении угла ветра от 0 до 90° угол сноса увеличивается, а путевая скорость уменьшается.

3.При УВ = 90° (ветер боковой) угол сноса максимальный, а путевая скорость примерно равна воздушной .

4.При увеличении УВ от 90 до 180° угол сноса и путевая скорость уменьшаются.

5.При УВ = 180° (ветер встречный) УС=0°, a W=V— U.

6.При увеличении УВ от 180 до 270° угол сноса и путевая скорость увеличиваются.

7.При УВ = 270° (ветер боковой) угол сноса максимальный, а путевая скорость примерно равна воздушной.

8.При увеличении УВ от 270 до 360° угол сноса уменьшается, а путевая скорость увеличивается.

При решении большинства навигационных задач необходимо ясно представлять,

в какую сторону при данном угле ветра будет направлен снос самолета и какова его путевая скорость (больше или меньше воздушной).

96

Рис. 7.7. Правила определения W и знаков УС

Изменение угла ветра приводит к следующему изменению угла сноса и путевой скорости (рис. 7.7): при углах ветра 0—180° углы сноса положительные, а при углах ветра 180—360° — отрицательные; путевая скорость при углах ветра 270—

0—90° больше воздушной скорости, а при углах ветра 90—180—270° меньше.

Пример. ЗМПУ=100°; δ=40°. Определить, в какую сторону направлен снос

самолета и какова его путевая скорость.

Решение. 1. Находим угол ветра:

УВ = δ ± 180° — ЗМПУ = 40° + 180° — 100° = 120°.

2. Определяем знак угла сноса и путевую скорость. Так как УВ в пределах от 0

до 180°, то угол сноса будет положительный, а путевая скорость меньше воздушной.

Максимальным называется угол сноса при углах ветра 90 и 270° (см. рис. 7.6).

Его величина определятся по формуле

sinУСмакс=U/V

При современных скоростях полета величина угла сноса обычно не превышает

10—20°. Известно, что синусы малых углов можно принять равными самим углам, выраженным в радианах. 1 рад—57°,3 или округленно 60°.

На основании этого можно записать, что

Из формулы видно, что УС тем больше, чем меньше воздушная скорость полета и чем больше скорость ветра.

Пример. V=360 км/ч; U=60 км/ч. Определить максимальный угол сноса.

Решение. УСмакс = U 60 = 60 60 =10°

V 360

Обычно максимальный угол сноса рассчитывается с помощью НЛ-10М (рис.

7.8).

7.6 Решение навигационного треугольника скоростей

Решить навигационный треугольник скоростей — это значит по его известным элементам найти неизвестные. Решение навигационного треугольника скоростей можно осуществить:

1)графически (на бумаге);

2)с помощью навигационной линейки, навигационного расчетчика или ветрочета;

3)приближенно подсчетом в уме.

7.6.1 Решение навигационного треугольника скоростей на НЛ-10М

Навигационный треугольник скоростей представляет собой обычный косоугольный треугольник и может быть решен по теореме синусов. Согласно этой теореме можно записать (рис. 7.9):

sinУС sinУВ sin

U V W

Так как sinφ= sin (180°—φ), а внешний угол треугольника равен сумме внутренних углов, не смежных с ним, т. е. угол 180°—φ=УВ+УС, приведенные выше отношения записываются в таком виде:

98

sinУС sinУВ sin(УВ УС)

U V W

Эти отношения решаются с помощью НЛ-10М (рис. 7.10). При этом

необходимо помнить:

1)при углах ветра 0—180° углы сноса положительные;

2)при углах ветра 180—360° углы сноса отрицательные;

3)при углах ветра больше 180° на НЛ-10М устанавливают его дополнение до

360°, т. е. разность 360°—УВ;

4) при угле ветра, равном нулю, W=V+U, а при угле ветра, равном 180°, W=V— U; для других значений углов ветра путевая скорость отсчитывается по НЛ-10М

против суммы УВ+УС, при нахождении которой к УВ прибавляется всегда абсолютная величина УС независимо от его знака;

5) для углов ветра в пределах 5—175° используется шкала синусов, а в пределах 0,5—5 и 175—179,5° — шкала тангенсов.

Отсчет угла сноса для расчета курса следования производится с точностью до

1°, а для точного определения путевой скорости при углах ветра, близких к 0 и

180°, — с точностью до десятых долей градуса;

При помощи навигационной линейки определяются угол сноса и путевая скорость, а затем рассчитываются курс следования и время полета на заданном участке трассы.

Курсом следования называется курс, рассчитанный с учетом угла сноса для следования по линии заданного пути. Для каждого участка трассы полета курс следования, угол сносами путевая скорость перед полетом определяются по прогностическому, а в полете по измеренному ветру.

Пример. Vи=460 км/ч; ЗМПУ=105°; δ = 330°; U=80 км/ч; S = 120 км.

Определить УС, W, МКсл и t. Решение. 1. Находим угол ветра:

99

УВ = δ ± 180° — ЗМПУ = 330°—180° — 105° = 45°.

2. Определяем угол сноса и путевую скорость (см. ключ для НЛ-10М на рис.

7.10): УСЗ=+7°; W=512 км/ч.

3. Рассчитываем магнитный курс следования:

МКсл = ЗМПУ — (± УС) = 105° — (+ 7°) = 98°.

4. Определяем с помощью НЛ-10М время полета: t=14 мин.

Если известны угол сноса, путевая и воздушная скорости, магнитный курс самолета, то с помощью НЛ-10М можно определить ветер. Для решения этой задачи рассмотрим навигационный треугольник скоростей (рис. 7.11).

Из конца вектора воздушной скорости опустим на линию пути перпендикуляр.

Величина путевой скорости может быть представлена в виде суммы двух отрезков: ОВ и ВС, т. е. W=OB+ВС, откуда отрезок ВС= W—ОВ.

Из прямоугольного треугольника ОАВ следует, что отрезок ОВ = VсоsУС. Так как косинусы малых углов примерно равны 1, то отрезок ОВ можно принять равным V(OB V). Подставляя это значение ОВ в выражение для отрезка ВС,

получаем: ВС= W—V= U.

Из прямоугольных треугольников АВО и ABC имеем:

АВ = VtgУС=ΔUtg или VtgУC= Utgα.

Запишем это равенство в виде следующей пропорции, имея в виду ее основное свойство:

tgУC/ U= tgα/V.

Решая эту пропорцию на НЛ-10М по шкалам 4 и 5, можно определить угол а

(рис. 7.12), заключенный между линией фактического пути и метеорологическим направлением ветра. Измеряется этот угол от 0 до 90°. Зная величину угла а и используя шкалы 3 и 5 НЛ-10М, по теореме синусов определим скорость ветра

(рис. 7.13).

100