Самолетовождение
|
Скачать 5.62 Mb.
|
М. А. ЧЕРНЫЙ, В. И. КОРАБЛИН САМОЛЕТОВОЖДЕНИЕ Утверждено УУЗ МГА СССР в качестве учебного пособия для летных училищ и школ гражданской авиации  Москва «Транспорт» 1973 УДК 629.656.7.052.001(075.3) Самолетовождение. Черный М. А., Кораблин В. И. Изд-во «Транспорт», 1973 г., 368 с. В книге рассматриваются основные вопросы теории и практики самолетовождения с использованием геотехнических и радиотехнических средств, основы авиационной картографии, навигационные элементы полета. Большое внимание уделено подготовке, выполнению и обеспечению безопасности полетов по трассам, а также практическому использованию средств самолетовождения. Кроме того, рассмотрены вопросы теории девиации магнитных компасов и радиодевиации, порядок выполнения девиационных и радиодевиационных работ, даны основные рекомендации по ведению визуальной ориентировки и особенностям самолетовождения в особых условиях полета и при .заходе на посадку по приборам. Основные обозначения, применяемые в самолетовождении, даны по ГОСТ 1075-41 и НШС ГА-70. Книга предназначена в качестве учебного пособия для курсантов и слушателей летных училищ и школ гражданской авиации. Она может быть использована пилотами, штурманами и диспетчерами производственных подразделений гражданской авиации и слушателями учебно-тренировочных отрядов. Рис. 217, табл. 25. Введение и главы 1, 2, 5, 6, 8, 10, II, 17, 18, 19, 20, 21, 23 и 24 написаны М. А. Черным, главы 3, 4, 7, 9, 12, 13, 14, 15, 16, 22 и 25 —В. И. Кораблиным. 3186-074 Ч______________74 73 049(01 )-73 © Издательство «ТРАНСПОРТ» 1973 г. Михаил Александрович Черный, Василий Иванович Кораблин САМОЛЕТОВОЖДЕНИЕ Редакторы И. М. Медведев, В. А. Шулепов Техн. редактор Т. А. Гусева Корректоры: В. Я. Кинареевская и С. Н. Пафомова Сдано в набор 19/ХП 1972 г. Подписано в печать 2/VII 1973 г. Формат бумаги 60Х90 1/16 № 2. Печ. л. 23. Уч.-изд. л. 23,89. Тираж 25000. Зак. тип. 157. Цена 90 коп. Изд. № 1—1—2/17 № 4026 Изд-во «Транспорт», Москва, Басманный туп., 6а. Типография издательства «Волжская коммуна». г. Куйбышев, пр. Карла Маркса, 201. <�т ВВЕДЕНИЕ Самолетовождение — это наука о точном, надежном и безопасном вождении воздушных судов из одной точки земной поверхности в другую. Под самолетовождением понимается также комплекс действий экипажа самолета и работников службы движения, направленных на обеспечение безопасности, наибольшей точности выполнения полетов по установленным трассам (маршрутам) и прибытия в пункт назначения в заданное время. Основными задачами экипажа самолета гражданской авиации при осуществлении самолетовождения являются: 1. Точное выполнение полета по установленной трассе (маршруту). 2. Определение навигационных элементов, необходимых для выполнения полета по установленному маршруту или поставленной специальной задачи (фотографирование, сбрасывание груза и др.). 3. Обеспечение прибытия самолета к пункту назначения и выполнение посадки на аэродроме в заданное время. 4. Обеспечение безопасности полета. Для решения указанных задач экипаж использует современные технические средства самолетовождения, которые подразделяются по месту расположения, по характеру использования и по принципу действия. По месту расположения технические средства делятся на самолетные (бортовые) и наземные, а по характеру использования — на автономные и неавтономные. Автономными называются такие средства, применение которых не требует специального наземного оборудования. Неавтономными называются средства, которые выдают информацию на основе их взаимодействия с наземными устройствами. По принципу действия технические средства самолетовождения делятся на четыре группы: 1. Геотехнические средства самолетовождения, основанные на измерении различных параметров естественных (геофизических) полей Земли. К этой группе относятся магнитные компасы, барометрические высотомеры, указатели воздушной скорости, термометры наружного воздуха, часы, гирополукомпасы, дистанционные гиромагнитные и гироиндукционные компасы, курсовые системы, авиагоризонты, указатели поворота, оптические визиры, навигационные индикаторы, инерциальные системы и др. Большинство из этих средств устанавливается на всех самолетах и используется в любом полете; они применяются также при пользовании другими техническими средствами самолетовождения. 2. Радиотехнические средства самолетовождения, основанные на измерении параметров электромагнитных полей, излучаемых специальными устройствами, находящимися на борту самолета или на земле. К ним относятся: самолетные радиокомпасы и связные радиостанции, радиовысотомеры, самолетные радиолокационные станции, доплеровские измерители угла сноса и путевой скорости, наземные радиопеленгаторы, приводные и радиовещательные станции, радиомаяки, радиомаркеры и наземные радиолокаторы. Самолетное радионавигационное оборудование и наземные радиотехнические устройства образуют системы самолетовождения. По дальности действия последние делятся на системы дальней навигации (свыше 1000 км), ближней навигации до 1000 и системы посадки самолетов. Радиотехнические средства широко применяются при выполнении полетов на больших высотах, над морем, безориентирной местностью, в сложных метеорологических условиях и ночью, а также при заходе на посадку. 3. Астрономические средства самолетовождения, основанные на использовании небесных светил. К этой группе средств относятся астрономические компасы, авиационные секстанты и астрономические ориентаторы. Преимуществом астрономических средств является их автономность, помехозащищенность и независимость точности их работы ни от дальности, ни от продолжительности полета. Они могут применяться в любое время суток и в любом месте Земного шара для выдерживания направления полета и определения местонахождения самолета. 4. Светотехнические средства самолетовождения, основанные на использовании бортовых или наземных источников света. К этой группе средств относятся светомаяки, прожекторы, огни посадочных систем, пиротехнические (дымовые шашки, пирофакелы и др.), ориентирные бомбы и знаки. Они облегчают ведение ориентировки и посадку самолетов в сложных метеорологических условиях и ночью. Кроме рассмотренных технических средств, для самолетовождения экипаж использует полетные и бортовые карты, штурманские счетно-измерительные инструменты, различные графики и таблицы. Современные самолеты оснащены такими техническими средствами самолетовождения, которые обеспечивают выполнение полетов в различное время суток, над любой местностью и в любых метеорологических условиях. В настоящее время средства самолетовождения развиваются по пути их автоматизации с максимально возможным освобождением экипажа от различных операций и штурманских расчетов. Разнообразные технические средства самолетовождения, имеющиеся в распоряжении экипажей самолетов гражданской авиации, при умелом их использовании позволяют выполнять полеты точно по заданному маршруту и обеспечивать прибытие самолета в пункт назначения в заданное время. Основой успешного самолетовождения является комплексное применение технических средств, которое заключается в том, что самолетовождение осуществляется с помощью не одного какого-либо средства, а нескольких. При этом результаты навигационных определений, полученные с помощью одних средств, уточняются с помощью других средств. Такое дублирование исключает возможность допущения грубых ошибок, повышает точность и надежность самолетовождения. Для решения задач самолетовождения штурман должен выбирать такое сочетание средств из имеющихся в его распоряжении, которое в данной навигационной обстановке обеспечит наибольшую точность и безопасность полета. Для правильного решения вопросов комплексного применения технических средств самолетовождения необходимо знание принципов работы тех или иных средств, их возможностей и способов использования для решения различных навигационных задач. Авиационная техника и технические средства самолетовождения непрерывно развиваются. Современные самолеты оснащаются автоматизированными навигационными комплексами, значительно повышающими точность, надежность и безопасность самолетовождения. Широкое применение получают системы для автоматического самолетовождения по маршруту и для автоматического заходе на посадку. Для эксплуатации современных самолетов и самолетов ближайшего будущего нужны высококвалифицированные пилоты и штурманы, глубоко знающие теорию и в совершенстве владеющие практикой самолетовождения. ОСНОВЫ Раздел 1 АВИАЦИОННОЙ КАРТОГРАФИИ Глава 1 ОСНОВНЫЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ 1. 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. 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 эллипсоид1 положен в основу всех топогеодезнческих и __________ 1Его называют референц-эллипсоидом Ф. И, Красовского. к  артографических работ на территории СССР и других социалистических стран Европы и Азии. Он имеет следующие характеристики (рис. 1.1):большая полуось (экваториальный радиус) а = 6378,245 км; малая полуось (полярный радиус) b = 6356,863 км; полярное сжатие =  = 0,00335233.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. 2. Основные 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. 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. Б  ольшой 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. 3. Географические координаты Географические координаты — это угловые величины, которые определяют положение данной точки на земной поверхности. Географическими координатами являются широта и долгота места (рис. 1.3). Ш  иротой 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.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. 4. Длина дуги меридиана, экватора и параллели Зная радиус Земли, можно рассчитать длину большого круга (меридиана и экватора): S = 2πR= 2·3,14·6371≈40000 км. Определив длину большого круга, можно рассчитать, чему равна длина дуги меридиана (экватора) в 1° или в 1´: 1 ° дуги меридиана (экватора) =  = =111 км.1´ дуги меридиана (экватора) =  = 1,852 км = 1852 м.Длина каждой параллели меньше длины экватора и зависит от широты места. Длина дуги параллели lпар = lэкв cosφ. Пример. Дано: широта φ=60°; дуга параллели 4°. Определить длину дуги параллели в километрах. Решение. Находим: 1) lэкв = 111 км·4 = 444 км; 2) cos 60° = 0,5; 3) lпар = lэкв cosφ= 444 км·0,5 = 222 км. При определении длины дуги параллели следует помнить, что при одной и той же разности долгот длина дуги параллели с приближением к полюсам уменьшается, так как функция косинуса с увеличением угла убывает. Обычно длину дуги параллели определяют с помощью навигационной линейки. 5. Единицы измерения расстояний В самолетовождении 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. 6. Направления на земной поверхности В самолетовождении принято направления на земной поверхности измерять в градусах относительно северного направления меридиана. Направления могут указываться азимутом (истинным пеленгом) и путевым углом. А  зимутом, 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 с  еверным 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°.7. Ортодромия и локсодромия Путь самолета между двумя заданными точками на карте может быть проложен по ортодромии или локсодромии. Выбор способа прокладки пути зависит от оснащенности самолета навигационным оборудованием. Каждая из указанных линий пути имеет определенные свойства. Ортодромией называется дуга большого круга, являющаяся кратчайшим расстоянием между двумя точками А и В на поверхности земного шара (рис. 1.5). Ортодромия обладает следующими свойствами: 1) является линией кратчайшего расстояния между двумя точками на поверхности земного шара; 2) пересекает меридианы под различными, неравными между собой углами вследствие схождения меридианов у полюсов. Экватор и меридианы являются частными случаями ортодромии. Через две точки на земной поверхности, расположенные не на противоположных концах прямой, проходящей через центр Земли, можно провести только одну ортодромию. Условились путь самолета по ортодромии называть ортодромическим, а направление полета по ортодромии указывать ортодромическим путевым углом (ОПУ), заключенным между северным направлением меридиана и линией заданного пути в начальной точке ортодромии. В частном случае, когда ортодромия совпадает с меридианом или экватором, ортодромический путевой угол остается постоянным и равным в первом случае 0 или 180°, а во втором — 90° или 270°. Полет по ортодромии с помощью магнитного компаса выполнить нельзя, так как в этом случае необходимо было бы изменять направление полета самолета от меридиана к меридиану, что осуществить практически невозможно. Поэтому такой полет выполняется с помощью специальных курсовых приборов — гирополукомпаса или курсовой системы. На полетных картах, составленных в видоизмененной поликонической проекции, ортодромия между двумя пунктами, расположенными на расстоянии до 1000—1200 км, прокладывается прямой линией, а на больших расстояниях — кривой линией, обращенной выпуклостью к полюсу. В первом случае ОПУ и длина пути по ортодромии измеряется по карте. Во втором случае ортодромия наносится на карту по промежуточным точкам, а ОПУ и длина пути по ортодромии рассчитываются по специальным формулам. В качестве исходных данных для математического расчета ОПУ и длины ортодромии служат географические координаты ее исходного и конечного пунктов. Эти координаты определяются с точностью до минуты по соответствующим справочникам или снимаются непосредственно на полетной карте. Длина пути по ортодромии между двумя точками рассчитывается по формуле cos Sорт = sinφ1 sinφ2 + cosφ1 cosφ2cos (λ2 — λ1), где Sорт — длина пути по ортодромии в градусах дуги; φ1 и λ1— координаты исходной точки ортодромии; φ2 и λ2 — координаты конечной точки ортодромии. Чтобы получить длину пути ортодромии в километрах, нужно полученный по формуле результат выразить в минутах дуги и умножить на 1,852 км. Ортодромический путевой угол (направление ортодромии в исходной точке маршрута) рассчитывается по формуле ctgα = cosφ1 tgφ2 cosec (λ2 — λ1)— sinφ, ctg(λ2 — λ1). При большой протяженности ортодромия наносится на карту по промежуточным точкам. Координаты φ и λ этих точек рассчитываются по формуле tgφ1= Аsin(λ — λ1) + Вsin(λ2 — λ), tgφ2   П  ри этом обычно задаются долготой λ (через 10—20°) и определяют широту φ каждой промежуточной точки. Коэффициенты А и В для всех промежуточных точек остаются неизменными. Чтобы обеспечить высокую точность конечных результатов, расчет по указанным формулам ведется по пятизначным таблицам тригонометрических функций. По вычисленным координатам наносят промежуточные точки на карте, а затем через эти точки проводят ортодромию в виде плавной кривой линии (рис. 1.6) или в виде отрезков прямых, соединяющих вычисленные точки ортодромического пути.Математический расчет ортодромии дает хорошую точность, но связан с громоздкими вычислениями. Поэтому иногда ортодромию наносят на полетную карту при помощи навигационного глобуса или сетки, составленной в центральной полярной проекции, на которой ортодромия для любых расстояний изображается прямой линией. Используя это свойство сетки, можно произвести графический расчет ортодромии. Для этого на сетке соединяют начальную и конечную точки ортодромии прямой линией. На этой прямой намечают промежуточные точки. Затем по координатам переносят их на полетную карту и через полученные на полетной карте точки проводят ортодромию. Полет из одной точки в другую по магнитному компасу удобно выполнять с постоянным путевым углом, т. е. по локсодромии. Локсодромией называется линия, пересекающая меридианы под одинаковыми путевыми углами. Путь самолета по локсодромии называется локсодромическим. Постоянный угол, под которым локсодромия пересекает меридианы, называется локсодромическим путевым углом. На поверхности земного шара локсодромия имеет вид пространственной логарифмической спирали, которая огибает земной шар бесконечное число раз и с каждым оборотом постепенно приближается к полюсу, но никогда не достигает его (см. рис. 1.5). Путь по локсодромии всегда длиннее пути по ортодромии. Только в частных случаях, когда полет происходит по меридиану или по экватору, длина пути по локсодромии и ортодромии будет одинаковой. Если пункты перелета не очень удалены друг от друга, то разность пути по ортодромии и локсодромии незначительна. Разность также мала и при больших расстояниях полета, если маршрут проходит под углом не более, 20° по отношению меридиана. При больших расстояниях между пунктами перелета и особенно при направлении маршрута, близком к 90 или 270°, разность между расстояниями по ортодромии и локсодромии достигает больших значений. При большой протяженности маршрута путь по ортодромии значительно сокращает расстояние, уменьшает продолжительность полета и расход Топлива, что повышает полезную нагрузку самолета. Поэтому полеты сверхзвуковых транспортных самолетов выполняются по спрямленным воздушным трассам, совпадающим с ортодромиями. Локсодромия обладает следующими свойствами: 1) пересекает меридианы под постоянным углом и на поверхности земного шара своей выпуклостью обращена в сторону экватора; 2) путь по локсодромии всегда длиннее пути по ортодромии, за исключением частных случаев, когда полет происходит по меридиану или по экватору. Параллели являются частными случаями локсодромии. При полетах на большие расстояния разностью пути по ортодромии и локсодромии пренебрегать нельзя. Поэтому маршрут дальнего полета, если его промежуточные точки не определены заданием, должен прокладываться по ортодромии. В практике полетов по утвержденным воздушным линиям, Для которых установлены определенные правила, маршрут не является прямой от пункта вылета до пункта посадки, а имеет ряд изломов. Отрезки прямых выбирают с таким расчетом, чтобы разность в путевых углах в начале и конце участка не превышала 2°. При таком выборе длины участков ЛЗП прокладывается на полетной карте в виде прямой, которую принимают за локсодромию, если направление полета будет выдерживаться по магнитному компасу, или за ортодромию, если направление полета будет выдерживаться с помощью специальных курсовых приборов. В этом случае локсодромический путь будет незначительно отклоняться от прямой линии, и для отрезков 200—250 км практически будет совпадать с ЛЗП, проложенной на карте. |