Основные принципы аэронавигации идентичны общей навигации , которая включает в себя процесс планирования, регистрации и управления перемещением воздушного судна из одного места в другое. [1]
Успешная воздушная навигация подразумевает пилотирование самолета с места на место без потери сознания, нарушения законов, применяемых к самолетам, или создания угрозы безопасности находящихся на борту или на земле . Воздушная навигация отличается от навигации надводных судов несколькими способами: самолеты движутся на относительно высоких скоростях, что оставляет меньше времени для расчета своего местоположения в пути. Самолеты обычно не могут остановиться в воздухе, чтобы не спеша определить свое местоположение. Безопасность самолетов ограничена количеством топлива, которое они могут нести; наземное транспортное средство обычно может потеряться, остаться без топлива, а затем просто ждать спасения. Для большинства самолетов нет спасения в полете. Кроме того, столкновения с препятствиями обычно заканчиваются смертельным исходом. Поэтому постоянное знание местоположения имеет решающее значение для пилотов самолетов.
Методы, используемые для навигации в воздухе, будут зависеть от того, летит ли самолет по визуальным правилам полета (VFR) или по правилам полета по приборам (IFR). В последнем случае пилот будет осуществлять навигацию исключительно с использованием приборов и радионавигационных средств, таких как маяки, или в соответствии с указаниями радиолокационного контроля управления воздушным движением . В первом случае пилот будет в основном осуществлять навигацию, используя « счисление пути » в сочетании с визуальными наблюдениями (известными как пилотаж ) со ссылкой на соответствующие карты. Это может быть дополнено использованием радионавигационных средств или спутниковых систем позиционирования .
Первый шаг в навигации — решить, куда вы хотите отправиться. Частный пилот, планирующий полет по правилам визуального полета, обычно использует аэронавигационную карту местности, которая публикуется специально для использования пилотами. На этой карте будут обозначены контролируемое воздушное пространство , радионавигационные средства и аэродромы , а также опасности для полетов, такие как горы, высокие радиомачты и т. д. Она также включает в себя достаточно подробностей о земле — города, дороги, лесистые местности — для облегчения визуальной навигации. В Великобритании Управление гражданской авиации публикует серию карт, охватывающих всю территорию Великобритании в различных масштабах, которые обновляются ежегодно. Информация также обновляется в уведомлениях для летчиков или НОТАМ.
Пилот выбирает маршрут, стараясь избегать контролируемого воздушного пространства , которое не разрешено для полета, зон ограниченного доступа, опасных зон и т. д. Выбранный маршрут наносится на карту, а нарисованные линии называются треком . Целью всей последующей навигации является максимально точное следование выбранному треку. Иногда пилот может выбрать на одной ноге следовать четко видимому объекту на земле, такому как железнодорожный путь, река, шоссе или побережье.
Когда самолет находится в полете, он движется относительно воздушного пространства, через которое он летит; поэтому поддержание точного наземного пути не так просто, как может показаться, если только нет вообще ветра — очень редкое явление. Пилот должен скорректировать курс, чтобы компенсировать ветер , чтобы следовать наземному пути. Первоначально пилот будет рассчитывать направления полета для каждого участка пути до вылета, используя прогнозируемые направления и скорости ветра, предоставленные метеорологическими службами для этой цели . Эти цифры, как правило, точны и обновляются несколько раз в день, но непредсказуемый характер погоды означает, что пилот должен быть готов вносить дальнейшие корректировки в полете. Пилот авиации общего назначения (GA) часто использует либо бортовой компьютер — тип логарифмической линейки — либо специально разработанный электронный навигационный компьютер для расчета начальных курсов.
Основным инструментом навигации является магнитный компас . Стрелка или карта выравнивается по магнитному северу , который не совпадает с истинным севером , поэтому пилот также должен учитывать это, называемое магнитным склонением (или склонением). Смещение, которое применяется локально, также показано на карте полета. После того, как пилот рассчитал фактические требуемые направления, следующим шагом является расчет времени полета для каждого участка. Это необходимо для выполнения точного счисления . Пилоту также необходимо учитывать более медленную начальную скорость полета во время набора высоты, чтобы рассчитать время до вершины набора высоты. Также полезно рассчитать вершину снижения или точку, в которой пилот планирует начать снижение для посадки.
Время полета будет зависеть как от желаемой крейсерской скорости самолета, так и от ветра — попутный ветер сократит время полета, встречный — увеличит. Бортовой компьютер имеет шкалы, которые помогают пилотам легко их вычислять.
Точка невозврата , иногда называемая PNR, — это точка полета, в которой у самолета достаточно топлива, плюс обязательный резерв, чтобы вернуться на аэродром, с которого он вылетел. За этой точкой этот вариант закрывается, и самолет должен продолжить путь в какой-то другой пункт назначения. В качестве альтернативы, в отношении большого региона без аэродромов, например океана, это может означать точку, перед которой он ближе к развороту, а после которой он ближе к продолжению. Аналогично, точка равного времени, называемая ETP (также критическая точка), — это точка полета, в которой потребуется одинаковое время, чтобы продолжить полет по прямой или вернуться на аэродром вылета. ETP зависит не от топлива, а от ветра, давая изменение путевой скорости от аэродрома вылета и обратно. В условиях безветрия ETP находится на полпути между двумя аэродромами, но в действительности она смещается в зависимости от скорости и направления ветра.
Например, самолету, который летит через океан, потребуется рассчитать ETP для одного неработающего двигателя, разгерметизации и нормального ETP; все это может быть разными точками на маршруте. Например, в ситуациях с одним неработающим двигателем и разгерметизацией самолет будет вынужден снизить эксплуатационные высоты, что повлияет на его расход топлива, крейсерскую скорость и путевую скорость. Таким образом, каждая ситуация будет иметь свой ETP.
Коммерческим самолетам не разрешается летать по маршруту, который находится вне зоны действия подходящего места для посадки в случае возникновения чрезвычайной ситуации, например отказа двигателя. Расчеты ETP служат стратегией планирования, поэтому у экипажей всегда есть «запас» в случае чрезвычайной ситуации, что позволяет безопасно перенаправить самолет на выбранный ими запасной вариант.
Последний этап — отметить, через какие области будет проходить маршрут, и записать все, что нужно сделать — с какими подразделениями УВД связаться, соответствующие частоты, точки визуального оповещения и т. д. Также важно отметить, в какие регионы настройки давления будут введены, чтобы пилот мог запросить QNH (давление воздуха) этих регионов. Наконец, пилот должен иметь в виду некоторые альтернативные планы на случай, если маршрут не может быть пройден по какой-либо причине — наиболее распространенными являются непредвиденные погодные условия. Иногда пилоту может потребоваться подать план полета для альтернативного пункта назначения и взять с собой достаточное количество топлива для этого. Чем больше работы пилот сможет выполнить на земле перед вылетом, тем легче ему будет в воздухе.
Навигация по правилам полетов по приборам (IFR) похожа на планирование полетов по правилам визуальных полетов (VFR), за исключением того, что задача обычно упрощается за счет использования специальных карт, которые показывают маршруты IFR от маяка до маяка с минимальной безопасной высотой (LSALT), пеленгами (в обоих направлениях) и расстоянием, отмеченным для каждого маршрута. Пилоты IFR могут летать по другим маршрутам, но тогда они должны выполнять все такие расчеты самостоятельно; расчет LSALT является самым сложным. Затем пилоту необходимо посмотреть на погоду и минимальные требования для посадки в аэропорту назначения и альтернативные требования. Пилоты также должны соблюдать все правила, включая их законную возможность использовать определенный заход на посадку по приборам в зависимости от того, как давно они последний раз выполняли его.
В последние годы строгие траектории полета от маяка к маяку начали заменяться маршрутами, полученными с помощью методов навигации на основе характеристик (PBN). Когда операторы разрабатывают планы полета для своих самолетов, подход PBN побуждает их оценивать общую точность, целостность, доступность, непрерывность и функциональность совокупной навигационной помощи, присутствующей в применимом воздушном пространстве. После того, как эти определения сделаны, оператор разрабатывает маршрут, который является наиболее эффективным по времени и топливу, при соблюдении всех применимых проблем безопасности, тем самым максимизируя общие эксплуатационные возможности как самолета, так и воздушного пространства.
В рамках подхода PBN технологии развиваются с течением времени (например, наземные маяки становятся спутниковыми маяками), не требуя пересчета базовой операции воздушного судна. Кроме того, навигационные спецификации, используемые для оценки датчиков и оборудования, доступных в воздушном пространстве, могут быть каталогизированы и совместно использованы для информирования о решениях по обновлению оборудования и постоянной гармонизации различных мировых систем аэронавигации.
Находясь в полете, пилот должен приложить все усилия, чтобы придерживаться плана, иначе очень легко заблудиться. Это особенно актуально при полете в темноте или над безликой местностью. Это означает, что пилот должен придерживаться расчетных курсов, высот и скоростей как можно точнее, если только он не летит по правилам визуального полета . Визуальный пилот должен регулярно сравнивать землю с картой ( пилотаж ), чтобы убедиться, что маршрут соблюдается, хотя корректировки, как правило, рассчитываются и планируются. Обычно пилот будет лететь некоторое время по плану до точки, где объекты на земле легко распознаются. Если ветер отличается от ожидаемого, пилот должен соответствующим образом скорректировать курс, но это делается не на основе догадок, а путем мысленного расчета — часто с использованием правила 1 из 60. Например, ошибку в два градуса на полпути можно исправить, скорректировав курс на четыре градуса в другую сторону, чтобы прибыть в положение в конце этапа. Это также момент для переоценки расчетного времени для этапа. Хороший пилот научится применять различные методы, чтобы оставаться на траектории полета.
Хотя компас является основным инструментом, используемым для определения направления, пилоты обычно обращаются к указателю направления (DI), гироскопическому устройству, которое гораздо более стабильно, чем компас. Показания компаса будут использоваться для периодической коррекции любого дрейфа ( прецессии ) DI. Сам компас будет показывать устойчивые показания только тогда, когда самолет находится в прямом и горизонтальном полете достаточно долго, чтобы позволить ему стабилизироваться.
Если пилот не может завершить этап — например, из-за плохой погоды или видимости ниже минимума, разрешенного лицензией пилота, — пилот должен отклониться на другой маршрут. Поскольку это незапланированный этап, пилот должен уметь мысленно рассчитать подходящие направления, чтобы получить желаемый новый маршрут. Использование бортового компьютера в полете обычно непрактично, поэтому используются мысленные методы для получения грубых и готовых результатов. Ветер обычно учитывается, предполагая, что синус A = A для углов менее 60° (при выражении в виде дроби 60° — например, 30° составляет 1/2 от 60°, а синус 30° = 0,5), что является достаточно точным. Методом мысленного вычисления этого является код часов . Однако пилот должен быть особенно бдительным при выполнении отклонений, чтобы сохранять осведомленность о положении.
Некоторые отклонения могут быть временными — например, чтобы обойти местное грозовое облако. В таких случаях пилот может отклониться на 60 градусов от желаемого направления на определенный период времени. Выйдя из шторма, он может повернуть обратно в противоположном направлении на 120 градусов и лететь в этом направлении в течение того же периода времени. Это маневр «ветровая звезда», и при отсутствии ветра наверху он вернется на свой первоначальный маршрут, а время полета увеличится на длину одного участка отклонения.
Другая причина, по которой не следует полагаться на магнитный компас во время полета, помимо периодической калибровки указателя курса , заключается в том, что магнитные компасы подвержены ошибкам, вызванным условиями полета и другими внутренними и внешними помехами в магнитной системе. [2]
Многие самолеты общей авиации оснащены различными навигационными средствами, такими как автоматический радиопеленгатор (ADF), инерциальная навигация , компасы , радиолокационная навигация , всенаправленный УКВ-радиолокатор (VOR) и глобальная навигационная спутниковая система (GNSS).
ADF использует ненаправленные маяки (NDB) на земле для управления дисплеем, который показывает направление маяка от самолета. Пилот может использовать этот пеленг, чтобы нарисовать линию на карте, чтобы показать пеленг от маяка. Используя второй маяк, можно нарисовать две линии, чтобы найти самолет на пересечении линий. Это называется пересечением. В качестве альтернативы, если траектория проходит прямо над маяком, пилот может использовать прибор ADF для поддержания курса относительно маяка, хотя «следование за стрелкой» является плохой практикой, особенно при наличии сильного бокового ветра — фактический путь пилота будет спиралью в сторону маяка, а не то, что было задумано. NDB также могут давать ошибочные показания, поскольку они используют очень длинные волны , которые легко изгибаются и отражаются от наземных объектов и атмосферы. NDB продолжают использоваться как распространенная форма навигации в некоторых странах с относительно небольшим количеством навигационных средств.
VOR — более сложная система, и она по-прежнему является основной системой воздушной навигации, установленной для самолетов, летающих по приборам в странах со множеством навигационных средств. В этой системе маяк излучает специально модулированный сигнал, состоящий из двух синусоид , которые не совпадают по фазе . Разность фаз соответствует фактическому пеленгу относительно магнитного севера (в некоторых случаях истинного севера), по которому приемник находится от станции. Результатом является то, что приемник может с уверенностью определить точный пеленг от станции. Опять же, для точного определения местоположения используется поперечный разрез. Многие станции VOR также имеют дополнительное оборудование, называемое DME ( оборудование для измерения расстояния ), которое позволит подходящему приемнику определить точное расстояние от станции. Вместе с пеленгом это позволяет определить точное местоположение только с помощью одного маяка. Для удобства некоторые станции VOR также передают местную информацию о погоде, которую может прослушивать пилот, возможно, сгенерированную автоматизированной системой наблюдения за поверхностью . VOR, который совмещен с DME, обычно является компонентом TACAN .
До появления GNSS , астронавигация также использовалась обученными штурманами на военных бомбардировщиках и транспортных самолетах в случае отключения всех электронных навигационных средств во время войны. Первоначально штурманы использовали астрокупол и обычный секстант , но более обтекаемый перископический секстант использовался с 1940-х по 1990-е годы. С 1970-х годов авиалайнеры использовали инерциальные навигационные системы , особенно на межконтинентальных маршрутах, пока сбитый рейс 007 Korean Air Lines в 1983 году не побудил правительство США сделать GPS доступным для гражданского использования.
Наконец, самолет может контролироваться с земли с использованием информации наблюдения, например, с радара или мультилатерации . Затем УВД может передавать пилоту информацию, чтобы помочь установить местоположение, или может фактически сообщать пилоту местоположение самолета, в зависимости от уровня обслуживания УВД, которое получает пилот.
Использование GNSS в самолетах становится все более распространенным. GNSS обеспечивает очень точную информацию о местоположении самолета, высоте, курсе и путевой скорости. GNSS делает навигационную точность, ранее доступную только для больших самолетов, оборудованных RNAV , доступной пилоту GA . В последнее время многие аэропорты включают заходы на посадку по приборам GNSS . Заходы на посадку GNSS состоят либо из наложений на существующие точные и неточные заходы на посадку, либо из автономных заходов на посадку GNSS . Заходы на посадку с самыми низкими высотами принятия решения обычно требуют, чтобы GNSS была дополнена второй системой, например, широкозонной системой дополнения (WAAS) FAA .
Гражданские штурманы (в основном избыточная должность в летном экипаже, также называемая «воздушным штурманом» или «штурманом полета»), использовались на старых самолетах, как правило, между концом 1910-х и 1970-ми годами. Член экипажа, иногда два члена навигационной команды для некоторых рейсов, отвечал за навигацию по маршруту, включая его навигационное счисление и астронавигацию . Это было особенно важно, когда рейсы выполнялись над океанами или другими крупными водоемами, где радионавигационные средства изначально не были доступны. (спутниковое покрытие теперь предоставляется по всему миру). С появлением сложных электронных и GNSS систем должность штурмана была упразднена, и ее функции были взяты на себя пилотами-штурманами с двойной лицензией, а еще позже — основными пилотами полета (капитаном и первым помощником), что привело к сокращению числа должностей в летном экипаже для коммерческих рейсов. Поскольку установка электронных навигационных систем на приборные панели капитана и второго пилота была относительно простой, должность штурмана в коммерческой авиации (но не обязательно в военной авиации) стала излишней. (Некоторые страны ставят перед своими военно-воздушными силами задачу летать без навигационных средств во время войны , таким образом, по-прежнему требуется должность штурмана). Большинство гражданских штурманов были уволены или уволены к началу 1980-х годов. [3]
Цитаты
Библиография