Основные принципы аэронавигации идентичны общей навигации , включающей процесс планирования, регистрации и управления перемещением судна из одного места в другое. [1]
Успешная аэронавигация предполагает пилотирование самолета с места на место, не теряясь, не нарушая законов, применимых к воздушным судам, и не ставя под угрозу безопасность тех, кто находится на борту или на земле . Аэронавигация отличается от навигации надводных кораблей по нескольким причинам; Самолеты движутся с относительно высокими скоростями, что оставляет меньше времени на расчет своего положения в пути. Самолеты обычно не могут остановиться в воздухе, чтобы на досуге определить свое местоположение. Безопасность самолетов ограничена количеством топлива, которое они могут перевозить; Надводный транспорт обычно может заблудиться, у него кончилось топливо, а затем просто ждать помощи. Для большинства самолетов средства спасения в полете не предусмотрены. Кроме того, столкновения с препятствиями обычно заканчиваются смертельным исходом. Поэтому постоянное знание своего положения имеет решающее значение для пилотов самолетов.
Методы навигации в воздухе будут зависеть от того, выполняет ли самолет правила визуального полета (ПВП) или правила полета по приборам (ППП). В последнем случае пилот будет осуществлять навигацию исключительно с использованием приборов и радионавигационных средств , таких как маяки, или по указанию радиолокационной службы управления воздушным движением . В первом случае пилот будет в основном ориентироваться, 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 .
Первым шагом в навигации является решение, куда человек хочет отправиться. Частный пилот, планирующий полет по ПВП, обычно использует аэронавигационную карту района, опубликованную специально для пилотов. На этой карте на видном месте будут изображены контролируемое воздушное пространство , радионавигационные средства и аэродромы , а также опасности для полетов, такие как горы, высокие радиомачты и т. д. Она также включает достаточную детализацию местности — города, дороги, лесные массивы — для облегчения визуальной навигации. В Великобритании CAA публикует серию карт, охватывающих всю территорию Великобритании в различных масштабах, которые обновляются ежегодно . Информация также обновляется в извещениях летчикам или НОТАМах.
Пилот выберет маршрут, стараясь избегать контролируемого воздушного пространства , запрещенного для полета, зон ограниченного доступа, опасных зон и так далее. Выбранный маршрут наносится на карту, а нарисованные линии называются треком . Цель всей последующей навигации – максимально точно следовать выбранному маршруту. Иногда пилот может решить, стоя на одной ноге, следовать за четко видимым объектом на земле, например, железнодорожным путем, рекой, шоссе или побережьем.
Когда самолет находится в полете, он движется относительно воздушной массы, через которую летит; поэтому поддерживать точную траекторию движения не так просто, как может показаться, если только нет ветра вообще - очень редкое явление. Пилот должен корректировать курс, чтобы компенсировать ветер , чтобы следовать по земной траектории. Первоначально пилот рассчитает курс полета для каждого участка пути перед вылетом, используя для этой цели прогнозируемые направления и скорости ветра, предоставленные метеорологическими властями . Эти цифры, как правило, точны и обновляются несколько раз в день, но непредсказуемый характер погоды означает, что пилот должен быть готов к дальнейшим корректировкам в полете. Пилот авиации общего назначения (GA) часто использует либо бортовой компьютер (что-то вроде логарифмической линейки ), либо специально разработанный электронный навигационный компьютер для расчета начальных курсов.
Основным навигационным инструментом является магнитный компас . Стрелка или карта ориентируется на магнитный север , который не совпадает с истинным севером , поэтому пилот также должен учитывать это, называемое магнитным отклонением (или склонением). Вариант, применимый на местном уровне, также показан на карте полетов. После того, как пилот рассчитал фактические требуемые направления, следующим шагом будет расчет времени полета для каждого участка. Это необходимо для точного расчета пути . Пилоту также необходимо принять во внимание более низкую начальную скорость полета во время набора высоты, чтобы рассчитать время достижения вершины набора высоты. Также полезно рассчитать верхнюю точку 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 рассчитать.
Точка невозврата , иногда называемая PNR, — это точка полета, в которой у самолета достаточно топлива плюс любой обязательный запас, чтобы вернуться на аэродром, с которого он вылетел. После этой точки этот вариант закрыт, и самолет должен следовать в какой-то другой пункт назначения. Альтернативно, в отношении большого региона без аэродромов, например океана, это может означать точку, до которой ближе развернуться и после которой ближе продолжить движение. Аналогичным образом, точка равного времени, называемая ETP (также критическая точка), представляет собой точку полета, в которой потребуется то же время, чтобы продолжить полет прямо или вернуться к аэродрому вылета. ETP зависит не от топлива, а от ветра, вызывающего изменение путевой скорости от аэродрома вылета и обратно. В условиях отсутствия ветра ЭТП располагается на полпути между двумя аэродромами, но на самом деле оно смещается в зависимости от скорости и направления ветра.
Например, самолет, летящий через океан, должен будет рассчитать ETP для одного неработающего двигателя, разгерметизации и нормального ETP; все это на самом деле может быть разными точками на маршруте. Например, в случае отказа одного двигателя и разгерметизации самолет будет вынужден снизить рабочую высоту, 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, находящемуся за пределами подходящего места для посадки, в случае возникновения чрезвычайной ситуации, такой как отказ двигателя. Расчеты ETP служат стратегией планирования, поэтому летные экипажи всегда имеют запасной вариант в аварийной ситуации, что позволяет безопасно переключиться на выбранный ими запасной вариант.
На заключительном этапе необходимо отметить, через какие области или через какие области будет проходить маршрут, а также записать все, что необходимо сделать: с какими органами УВД связаться, соответствующие частоты, точки визуального оповещения и т. д. Также важно отметить, какие регионы настройки давления будут введены, чтобы пилот мог запросить QNH (давление воздуха) этих регионов. Наконец, пилот должен иметь в виду несколько альтернативных планов на случай, если по какой-либо причине полет по маршруту невозможен – наиболее распространенными являются непредвиденные погодные условия. Иногда от пилота может потребоваться подать план полета в альтернативный пункт назначения и иметь при себе 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) аналогична планированию полетов по правилам визуальных полетов (VFR), за исключением того, что задача обычно упрощается за счет использования специальных карт, на которых показаны маршруты IFR от маяка к маяку с наименьшей безопасной высотой (LSALT), пеленгами. (в обоих направлениях) и расстояние, указанное для каждого маршрута. Пилоты IFR могут летать по другим маршрутам, но тогда они должны сами выполнять все такие расчеты; Расчет LSALT является самым сложным. Затем пилоту необходимо обратить внимание на погоду и минимальные требования для посадки в аэропорту назначения, а также на альтернативные требования. Пилоты также должны соблюдать все правила, включая их юридическую возможность использовать тот или иной заход на посадку по приборам в зависимости от того, как недавно они в последний раз его выполняли.
В последние годы строгие траектории полета от маяка к маяку начали заменяться маршрутами, полученными с помощью методов навигации, основанной на характеристиках (PBN). Когда эксплуатанты разрабатывают планы полетов для своих воздушных судов, подход PBN побуждает их оценить общую точность, целостность, доступность, непрерывность и функциональность совокупных навигационных средств, присутствующих в соответствующем воздушном пространстве. После того, как эти определения были сделаны, эксплуатант разрабатывает маршрут, который является наиболее эффективным по времени и топливу, при этом соблюдая все применимые проблемы безопасности, тем самым максимизируя общие летно-технические возможности как самолета, так и воздушного пространства.
В рамках подхода PBN технологии развиваются с течением времени (например, наземные радиобуи становятся спутниковыми радиобуями) без необходимости перерасчета базовой операции воздушного судна. Кроме того, навигационные характеристики, используемые для оценки датчиков и оборудования, имеющихся в воздушном пространстве, можно каталогизировать и использовать для принятия решений по модернизации оборудования и постоянной гармонизации различных мировых аэронавигационных систем.
В полете пилот должен стараться придерживаться плана, иначе заблудиться очень легко. Это особенно актуально при полете в темноте или над безликой местностью. Это означает, что пилот должен максимально точно придерживаться расчетных курсов, высот и скоростей, если только он не выполняет полет по правилам визуального полета . Визуальный пилот должен регулярно сравнивать местность с картой ( пилотаж ), чтобы убедиться, что курс соблюдается, хотя корректировки обычно рассчитываются и планируются. Обычно пилот летит в течение некоторого времени, как и планировалось, до точки, где детали на земле можно будет легко распознать. Если ветер отличается от ожидаемого, пилот должен соответствующим образом скорректировать курс, но это делается не путем догадок, а путем мысленного расчета – часто с использованием правила 1 из 60 . Например, ошибку в два градуса на полпути можно исправить, изменив курс на четыре градуса в другую сторону, чтобы занять позицию в конце участка. Это также повод переоценить расчетное время для этапа. Хороший пилот научится применять различные методы, чтобы не сбиться с пути.
Хотя компас является основным инструментом, используемым для определения курса, пилоты обычно вместо этого обращаются к указателю направления (DI), устройству с гироскопическим приводом, которое гораздо более стабильно, чем компас. Показания компаса будут периодически использоваться для корректировки любого дрейфа ( прецессии ) DI. Сам компас будет показывать устойчивые показания только тогда, когда самолет находится в прямолинейном и горизонтальном полете достаточно долго, чтобы позволить ему успокоиться.
Если пилот не может пройти этап - например, возникла плохая погода или видимость падает ниже минимума, разрешенного лицензией пилота, пилот должен изменить маршрут. Поскольку это незапланированный этап, пилот должен быть в состоянии мысленно рассчитать подходящие курсы, чтобы задать желаемый новый курс. Использование бортового компьютера в полете обычно непрактично, поэтому используются мысленные методы, позволяющие получить приблизительные и готовые результаты. Ветер обычно учитывают, предполагая, что синус А = А для углов менее 60° (если выражать его через долю 60° – например, 30° — это 1/2 от 60°, а синус 30° = 0,5). , что является достаточно точным. Методом мысленного вычисления является тактовый код . Однако пилот должен быть особенно бдительным при отклоняющих маневрах, чтобы сохранять осведомленность о своем местоположении.
Некоторые отвлекающие маневры могут быть временными – например, чтобы обойти местное грозовое облако. В таких случаях пилот может повернуть на 60 градусов в сторону желаемого курса на заданный период времени. Выйдя из шторма, он может развернуться в противоположном направлении на 120 градусов и лететь в этом направлении столько же времени. Это маневр «звезда ветра», который, при отсутствии ветра наверху, вернет его на исходный путь, а время полета увеличится на длину одного участка отклонения.
Другая причина не 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 воздействиями на магнитную систему. [2]
Многие самолеты GA оснащены различными навигационными средствами, такими как автоматический пеленгатор (ADF), инерциальная навигация , компасы , радиолокационная навигация , всенаправленный VHF-диапазон (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 на карте линию, показывающую пеленг от маяка. Используя второй маяк, можно провести две линии, чтобы определить местонахождение самолета на пересечении этих линий. Это называется поперечным разрезом. Альтернативно, если курс ведет полет прямо над маяком, пилот может использовать прибор ADF для поддержания курса относительно маяка, хотя «следование за стрелкой» является плохой практикой, особенно при сильном боковом ветре – пилот реальный путь будет приближаться к маяку, а не к тому, что было задумано. NDB также могут давать ошибочные показания, поскольку они используют очень длинные волны , которые легко изгибаются и отражаются от земных элементов и атмосферы. NDB продолжают использоваться в качестве распространенной формы навигации в некоторых странах с относительно небольшим количеством навигационных средств.
VOR является более сложной системой и по-прежнему является основной аэронавигационной системой, установленной для самолетов, летающих по ППП в тех странах, где имеется множество навигационных средств. В этой системе маяк излучает специально модулированный сигнал, состоящий из двух синусоидальных волн , находящихся в противофазе . Разность фаз соответствует фактическому пеленгу относительно магнитного севера (в некоторых случаях истинного севера), по которому находится приемник от станции. В результате приемник может с уверенностью определить точный пеленг станции. Опять же, для определения местоположения используется поперечный разрез. Многие станции VOR также имеют дополнительное оборудование, называемое DME ( аппаратура для измерения расстояния ), которое позволит подходящему приемнику определить точное расстояние от станции. Вместе с пеленгом это позволяет определять точное положение только по одному маяку. Для удобства некоторые станции VOR также передают информацию о местной погоде, которую пилот может прослушивать, возможно, генерируемую автоматизированной системой наземных наблюдений . VOR, совмещенный с DME, обычно является компонентом TACAN .
До появления GNSS небесная навигация также использовалась обученными штурманами на военных бомбардировщиках и транспортных самолетах в случае отключения всех электронных навигационных средств во время войны. Первоначально мореплаватели использовали астрокупол и обычный секстант , но с 1940-х по 1990-е годы использовался более обтекаемый перископический секстант. С 1970-х годов авиалайнеры использовали инерциальные навигационные системы , особенно на межконтинентальных маршрутах, пока сбитие рейса 007 Korean Air Lines в 1983 году не побудило правительство США сделать GPS доступной для гражданского использования.
Наконец, за воздушным судном можно наблюдать с земли, используя информацию наблюдения, например, от радара или мультилатерации . Затем УВД может передать информацию пилоту, чтобы помочь установить местоположение, или может фактически сообщить пилоту положение воздушного судна, в зависимости от уровня обслуживания УВД, которое получает пилот.
Использование GNSS в самолетах становится все более распространенным. GNSS предоставляет очень точную информацию о местоположении самолета, высоте, курсе и путевой скорости. GNSS обеспечивает точность навигации, которая когда-то была доступна пилоту GA для больших самолетов, оборудованных RNAV . В последнее время во многих аэропортах используются заходы на посадку по приборам GNSS . Заходы на посадку с использованием GNSS состоят либо из существующих точных и неточных заходов на посадку, либо из отдельных заходов на посадку с использованием GNSS . Заходы на посадку с наименьшей высотой принятия решения обычно требуют, чтобы GNSS была дополнена второй системой, например, системой расширения глобальной зоны (WAAS) ФАУ .
Гражданские штурманы (в основном резервная должность экипажа, также называемая «аэронавигатором» или «штурманом») использовались на старых самолетах, как правило, в период с конца 1910-х по 1970-е годы. За навигацию рейса, включая его счисление и астронавигацию , отвечал член экипажа, а на некоторых рейсах иногда два члена штурманского экипажа . Это было особенно важно, когда полеты совершались над океанами или другими крупными водоемами, где изначально не было радионавигационных средств. (спутниковое покрытие теперь предоставляется по всему миру). С появлением сложных электронных систем и систем GNSS должность штурмана была упразднена, и ее функции взяли на себя пилоты-штурманы, имеющие двойную лицензию, а еще позже - основные пилоты полета (капитан и первый помощник), что привело к сокращению числа штурманов. места экипажей 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 военной) стала излишней. (Некоторые страны поручают своим военно-воздушным силам летать без навигационных средств во время войны , поэтому по-прежнему требуется должность штурмана). К началу 1980-х годов большинство гражданских аэронавигаторов были уволены или уволены. [3]
Цитаты
Библиография