Воздушная навигация.ЧелАвиа-2013

покой относительны. Если человек сидит в купе поезда, то относительно вагона он неподвижен, но относительно земли перемещается.

Но Земля и вращается вокруг своей оси, и движется по орбите вокруг Солнца с большой скоростью (примерно 29 км/с). Да и Солнце вместе со всеми планетами перемещается относительно звезд. Относительно каждого из этих объектов (вагон, Земля, Солнце, звезды) скорость и направление перемещения различны. Так относительно чего же стремится сохранить свое направление ось гироскопа? Точный ответ на этот вопрос возможен только на основе такого сложного раздела физики, как общая теория относительности. Если говорить кратко, то гироскоп сохраняет свое направление в любой инерциальной системе отсчета. Это системы отсчета (системы координат), связанные с телами,

движущимися без ускорений. В этих системах справедливы законы Ньютона, в

частности, первый закон, в соответствии с которым тело, на которое не действуют силы (или их сумма равна нулю) находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. Если какаялибо система отсчета движется прямолинейно с постоянной скоростью относительно инерциальной системы отсчета, то она тоже является инерциальной. Отсюда следует, что инерциальных систем отсчета бесконечно много. Все они движутся относительно друга равномерно и прямолинейно с разными скоростями.

Проблема заключается в том, что во вселенной нет ни одного реального физического тела, с которым можно было бы связать инерциальную систему координат. Все тела движутся по криволинейным траекториям и имеют ускорения. Даже Землю нельзя считать таким телом, поскольку она вращается и движется. Поэтому законы Ньютона выполняются в связанной с Землей системе координат лишь приближенно. Для правильного понимания работы гироскопических компасов, не вдаваясь в глубины физики, можно упрощенно считать, что ось гироскопа сохраняет свое направление относительно окружающую нашу планетную систему звезд. На самом деле, звезды тоже перемещаются, причем с большими скоростями (сотни километров в секунду), но они находятся так далеко, что их перемещение заметно только астрономам.

171

Таким образом, можно считать, что если ось вращения гироскопа, находящегося в кардановом подвесе, направить на какую-нибудь звезду, то она стремится сохранять направление на эту звезду. Но тогда получается неприятный эффект.

Ведь курс нужно измерять относительно направления начала отсчета, связанного с Землей, например, относительно северного направления истинного или магнитного меридианов.

Но Земля вращается, а гироскоп сохраняет направление относительно звезд.

И если выставить ось гироскопа по направлению земного меридиана (при этом она, возможно, окажется направленной на какую-то звезду), то через некоторое время из-за вращения Земли, ось гироскопа отклонится от этого направления меридиана, «уйдет» от него. Этот уход иногда называют кажущимся, поскольку на самом деле это Земля повернулась и расположенный на ней меридиан «ушел» от первоначального направления в пространстве. А ось гироскопа как раз сохранила свое направление, попрежнему направлена в ту же точку небесной сферы, на звезду (рис. 12.4).

Рис. 12.4. Уход гироскопа из-за вращения Земли

В обыденной жизни мы привыкли считать Землю неподвижной и считаем,

что Солнце (и другие небесные светила) восходят и заходят, то есть движутся относительно Земли, хотя на самом деле их кажущееся движение является следствием вращения Земли. Точно так же и наблюдателю кажется, что ось гироскопа ушла от направления первоначальной выставки, связанного с Землей.

172

Горизонтальная коррекция. При начальной выставке ось курсового гироскопа, конечно, располагается в горизонтальной плоскости. Ведь курс – это угол именно в горизонтальной плоскости, да и направление начала отсчета

(меридиана) тоже является горизонтальным. Но что такое горизонтальная плоскость? Если принять Землю за сферу, то это плоскость, касательная к ней в данной точке, то есть перпендикулярная к радиусу Земли. А при вращении Земли эта плоскость меняет свое положение в мировом пространстве относительно звезд. Гироскоп же сохраняет свое направление и, следовательно, со временем выходит из этой горизонтальной плоскости. Хотя на самом деле это горизонтальная плоскость отклоняется от оси гироскопа.

Чтобы ось гироскопа (направление начала отсчета курса) оставалась горизонтальной в ГПК-52 и в более современных приборах предусмотрена горизонтальная коррекция. Ее механизм постоянно удерживает ось курсового гироскопа в горизонтальном положении.

В простейшем случае механизм горизонтальной коррекции представляет собой так называемый жидкостной переключатель, который выполняет функцию маятника. Это небольшая емкость с токопроводящей жидкостью, закрепленная на нижней части гироузла. В жидкости имеется пузырек воздуха, а по краям емкости

– электрические контакты. Если гироузел с жидкостным маятником и,

следовательно, ось гироскопа расположены горизонтально, то пузырек плавает в центре емкости. Если маятник вышел из плоскости горизонта, то пузырек примыкает к краю емкости, касаясь какой-либо пары контактов. Поскольку воздух в пузырьке ток не пропускает, изменяются электрические токи в цепях маятника и разность токов, протекающих через разные пары контактов,

заставляет работать специальный электрический двигатель. Этот двигатель разворачивает внутреннюю рамку карданова подвеса и приводит гироузел вместе с осью гироскопа и жидкостным маятником в горизонтальное положение.

Пузырек перестает замыкать контакты и двигатель выключается. Механизм горизонтальной коррекции работает автоматически и не требует от экипажа каких-либо действий.

173

ГЛАВА 13. ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РАДИОКОМПАСА ДЛЯ НАВИГАЦИИ

13.1 Контроль пути по дальности по предвычисленным пеленгам

Контроль пути по дальности по предвычисленным пеленгам. Этот способ не требует в полете прокладки пеленгов на карте. Предвычисленным (ИП или ПП)

называется заранее рассчитанный радиопеленг для определения момента пролета контрольного ориентира или поворотного пункта маршрута.

Для применения указанного способа необходимо:

а) вовремя подготовки к полету:

1) выбрать боковые «радиопеленгаторы» для контроля пути по дальности,

нанести на бортовой навигационной карте пеленгационные круги с центром

174

в месте установки радиопеленгаторов, разметить их через 5° и оцифровать через

10°.

2)наметить на маршруте ориентиры, пролет которых будет определяться с помощью боковых радиопеленгаторов;

3)измерить на выбранные ориентиры предвычисленные радиопеленги (ИП или

ПП);

б) в полете:

1)периодически вступать в связь с диспетчером и запрашивать пеленги;

2)полученные радиопеленги сравнивать с предвычисленными (нанесенными на карте) и определять достигнутый самолетом рубеж;

3)для определения момента пролета намеченного ориентира за 3—5 мин до расчетного времени прибытия на этот ориентир чаще запрашивать пеленги у радиопеленгатора; когда будет получен пеленг, равный предвычисленному,

отметить время пролета ориентира.

175

ГЛАВА 14. ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ GNS 430

14.1 Сущность определения навигационных параметров полета приемоиндикаторами СНС

В основу GPS положена спутниковая дальнометрия. Это означает, что мы определяем координаты занимаемой нами позиции путем измерения дальностей относительно этой позиции нескольких космических спутников. При этом спутники играют роль прецизионных опорных точек.

Возникает вопрос: "Как же измерить, на сколько далеко находится от нас спутник летящий в космосе? И как, вообще, найти движущийся спутник?" Но это, как раз,

и есть те самые детали, которые мы временно опустим. Поверьте, все это вполне можно рассчитать, а сейчас давайте предположим, что можно совершенно точно определить, где находится спутник и на каком расстоянии от него находимся мы.

В этом случае основную концепцию

GPS можно проиллюстрировать весьма просто: Пусть мы заблудились, и

пытаемся определить свое местоположение. Мы знаем, что находимся на расстоянии от спутника А,

ну, скажем, равном 11 000 миль, это уже несколько ограничивает круг наших поисков по вселенной. Мы -где-то на поверхности воображаемой сферы, центр

которой находится в точке расположения спутника и радиус которой равен 11 000

милям.

Если нам станет известно, что в тоже самое время мы находимся на расстоянии 12 ООО миль от другого спутника, пусть это будет спутник В, это еще больше сузит круг поиска. Единственное во всей Вселенной место, где мы можем быть, находясь одновременно на расстоянии 11 000 миль от спутника А и на

176

расстоянии 12 000 миль от спутника В, это окружность, по которой пересекаются

поверхности этих двух сфер.

Если теперь мы измерим

геометрические построения. Именно в этих двух точках сфера с радиусом 13 000

миль пройдет через окружность, образованную пересечением поверхностей двух первых сфер, с радиусами, соответственно, 11 000 и 12 000 миль. Вот так, измерив дальности трех спутников, мы можем ограничить наше возможное

полученных точек нам совершенно не подходит. Такая точка может, например,

оказаться на слишком большом расстоянии от поверхности земли, или иметь

177

невероятно высокую скорость. В компьютеры GPS приемников заложено несколько алгоритмов, позволяющих отличить правильную точку от неправильной.

В частных случаях, когда высота не вызывает сомнений (например, морские суда практически всегда находятся на уровне моря), можно обойтись даже без одного из трех описанных измерений. Для этого любую из сфер, представленных на рисунках, следует заменить сферой с центром, расположенным в центре Земли

ис радиусом, равным расстоянию до центра Земли.

Ивсе-таки, если мы хотим действовать абсолютно корректно, то, с точки зрения тригонометрии, для однозначного определения нашего местоположения следует иметь значения дальностей четырех спутников. Однако, на практике, если есть возможность логического исключения заведомо неподходящей точки, вполне можно обойтись и результатами трех измерений.

Таким образом, мы можем сказать, что в основу действия GPS положен расчет положения объекта на поверхности земли методом триангуляции с использованием космических спутников в качестве опорных точек.

Все остальное в системе, это - технические подробности, призванные облегчить процесс определения дальности спутников, обеспечить его наивысшую точность при максимальной простоте выполнения. Сейчас мы рассмотрим некоторые их таких технических подробностей.

Краткие тезисы:

-Положение объекта на земле вычисляется по измеренному расстоянию от этого объекта до космического спутника.

-Для однозначного определения положения объекта, с математической точки зрения, следует иметь результаты измерений четырех расстояний.

-Если логически исключать, заведомо абсурдные решения, достаточно измерять расстояния только до трех спутников.

-Измерение расстояния до четвертого спутника требуется в силу чисто технических соображений.

178

14.2 Условные сокращения и обозначения навигационных элементов,

индицируемых ПИ СНС

Ниже приведен перечень сокращений, используемых в GNS 430 и их значения:

ACTV - Активный

ALT - Высота

APPRCHING - Приближение

APR - Заход

APT - Аэропорт

ARSPC - Воздушное пространство

ARTCC - Центр контроля УВД (Air Route Traffic Control Center)

ARVL - Прибытие

AUX - Дополнительный

AVGAS - Авиационый бензин

AVTN - Авиация

BARO - Барометрическое давление

BRG - Пеленг ―НА‖

C/V - COM/VLOC

CAS - Приборная скорость с учетом инструментальных ошибок

CDI - Указатель отклонения от ЛЗП (ЛБУ)

CLR - Очистить

COM - Связной Приемопередатчик

CRSR - Курсор

CTA - Зона управления ИКАО (ICAO Control Area)

CTAF - Частота консультативного обслуживания полетов

CTR - См. ARTCC

CTS - ПУ наведения

CUM - Кумулятивный

DB - База данных

DEN - ПлотностьDEP-Вылет

DIS - Расстояние

DME – оборудование дальномера

179

DOP - Ухудшение точности

DTK - ЗПУ

EFF - Эффективность

ELEV - Превышение

ENDUR - Запас топлива в час. и мин.

ENR - На маршруте

ENT - Ввод

EPE - Расчетная ошибка положения

ESA - Безопасная высота на маршруте

ETA - Расчетное время прибытия

ETE - Время полета FF-Расход топлива

FOB - Запас топлива на борту

FPL - Маршрут

Fpm - фут в минуту

FREQ - Частота

Ft - фут

G/S - Глиссада

Gl - галлон

GS - Путевая скорость

HDG - Направление

Hg - дюймы трутного столба

HWY - Автострада

ID - Идентификатор

Ig - Имперский галлон

IND - Индицируемый

INT - Пересечение

INTEG-Целостность kph-Километры в час kt-Узлы

LAT/LON-Широта/долгота lb-Фунты

180