Аэронавигация - Air navigation

Относительно современный Боинг 737 Система управления полетом (FMS) блок кабины экипажа, который автоматизирует многие аэронавигационные задачи.

Основные принципы аэронавигация идентичны общим навигация, который включает в себя процесс планирования, записи и управления перемещением аппарата из одного места в другое.[1]

Успешная аэронавигация предполагает пилотирование воздушного судна с места на место, не заблудившись, не нарушая законы, применимые к воздушным судам, и не подвергая опасности тех, кто находится на борту или на борту. земля. Аэронавигация отличается от навигации надводных судов по нескольким причинам; Самолеты движутся с относительно высокой скоростью, что оставляет меньше времени для расчета своего местоположения в пути. Самолет обычно не может остановиться в воздухе, чтобы определить свое местоположение на досуге. Безопасность самолетов ограничена количеством топлива, которое они могут нести; наземный транспорт обычно может потеряться, у него закончится топливо, а затем он просто ждет спасения. Для большинства самолетов спасательная операция в полете отсутствует. Кроме того, столкновения с препятствиями обычно фатальны. Следовательно, постоянная осведомленность о местоположении имеет решающее значение для пилотов самолетов.

Методы, используемые для навигация в воздухе будет зависеть от того, летит ли самолет под правила визуального полета (VFR) или правила полетов по приборам (IFR). В последнем случае пилот будет перемещаться исключительно с использованием инструменты и средства радионавигации таких как маяки, или как указано в радар контроль со стороны управления воздушным движением. В случае VFR пилот будет в основном ориентироваться, используя "счисление "в сочетании с визуальными наблюдениями (известные как лоцманская проводка ) со ссылкой на соответствующие карты. Это может быть дополнено радионавигационными средствами или спутниковые системы позиционирования.

Планирование маршрута

Корректировка курса самолета для компенсации составляющей ветра перпендикулярно наземному пути

Первый шаг в навигации - решить, куда вы хотите отправиться. Частный пилот, планирующий полет по ПВП, обычно использует аэронавигационная карта площади, которая публикуется специально для использования пилотами. На этой карте будет изображено контролируемое воздушное пространство, средства радионавигации и аэродромы заметно, а также об опасностях для полетов, таких как горы, высокие радиомачты и т. д. Он также включает в себя достаточно подробных сведений о местности - городах, дорогах, лесных массивах - для облегчения визуальной навигации. в Великобритания, то CAA издает ежегодно обновляемую серию карт, охватывающих всю Великобританию в различных масштабах. Информация также обновляется в извещения летчикам, или NOTAM.

Пилот выберет маршрут, стараясь избежать контролируемое воздушное пространство что не разрешено для полета, запретных зон, опасных зон и так далее. Выбранный маршрут наносится на карту, а проведенные линии называются отслеживать. Цель всей последующей навигации - как можно точнее следовать по выбранному маршруту. Иногда пилот может выбрать одну ногу, чтобы следовать по хорошо заметным объектам на земле, таким как железнодорожные пути, река, шоссе или побережье.

Самолет на картинке летит в сторону B, чтобы компенсировать ветер с юго-запада и достичь точки C.

Когда самолет находится в полете, он движется относительно воздушного тела, в котором он летит; поэтому поддержание точного наземный путь Это не так просто, как может показаться, если только нет ветра - очень редкое явление. Пилот должен скорректировать курс на компенсировать ветер, чтобы следовать по дорожке. Первоначально пилот рассчитает курс для полета на каждом этапе полета до вылета, используя прогнозируемые направления и скорость ветра, предоставленные для этой цели 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 - тип логарифмическая линейка - или специальный электронный навигационный компьютер для расчета начальных курсов.

Основным инструментом навигации является магнитный компас. Иголка или карточка выравниваются по магнитный север, что не совпадает с истинный север, поэтому пилот также должен учитывать это, называемое магнитное склонение (или склонение). Вариант, который применяется на местном уровне, также отображается на карте полета. После того, как пилот рассчитал фактические необходимые направления, следующим шагом будет вычисление времени полета для каждого этапа. Это необходимо для точного выполнения счисление. Пилоту также необходимо учитывать более низкую начальную скорость полета во время набора высоты, чтобы рассчитать время до максимума набора высоты. Также полезно рассчитать точку снижения или точку, в которой пилот планировал бы начать снижение для посадки.

Время полета будет зависеть как от желаемой крейсерской скорости самолета, так и от ветра - попутный ветер сокращает время полета, встречный - увеличивает. В бортовом компьютере есть весы, которые помогают пилотам легко их вычислять.

В точка, откуда нет возврата, иногда называемый PNR, - это точка полета, в которой у самолета достаточно топлива, плюс любой обязательный резерв, чтобы вернуться на аэродром, с которого он вылетел. После этого вариант закрывается, и самолет должен проследовать в другой пункт назначения. В качестве альтернативы, в отношении большого региона без аэродромов, например океан, это может означать точку, до которой ближе развернуться, а после которой ближе продолжить. Точно так же точка равного времени, называемая ETP (также критическая точка), представляет собой точку в полете, в которой потребуется такое же время, чтобы продолжить полет прямо или вернуться к аэродрому вылета. ETP зависит не от топлива, а от ветра, что дает изменение путевой скорости от аэродрома вылета и обратно. В условиях нулевого ветра 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 обычного ETP; все это могут быть разные точки на маршруте. Например, при неработающем двигателе и разгерметизации воздушное судно будет вынуждено снизить рабочую высоту, что повлияет на его расход топлива, крейсерскую скорость и путевую скорость. Следовательно, для каждой ситуации будет свой ETP.

Коммерческим самолетам не разрешается выполнять полеты по маршруту, выходящему за пределы допустимого места для посадки, в случае возникновения чрезвычайной ситуации, например отказа двигателя. Расчеты ETP служат в качестве стратегии планирования, поэтому у летных экипажей всегда есть «выход» в экстренном случае, позволяющий безопасно переключиться на выбранный запасной вариант.

Заключительный этап - отметить, через какие районы будет проходить маршрут или над ним, и записать все, что нужно сделать - с какими органами УВД следует связаться, соответствующие частоты, точки визуального оповещения и так далее. Также важно отметить, какие области 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 по какой-то причине невозможно пролететь по маршруту - чаще всего встречаются непредвиденные погодные условия. Иногда от пилота могут потребовать подать план полета по альтернативному пункту назначения и иметь при себе достаточное количество топлива для этого. Чем больше пилот может сделать на земле перед вылетом, тем легче ему будет в воздухе.

Планирование IFR

Правила полетов по приборам (IFR) навигация аналогична правила визуального полета (ПВП) планирование полета за исключением того, что задача обычно упрощается за счет использования специальных схем, которые показывают маршруты IFR от маяка к маяку с самая низкая безопасная высота (LSALT), пеленг (в обоих направлениях) и расстояние, отмеченное для каждого маршрута. Пилоты IFR могут летать по другим маршрутам, но в этом случае они должны выполнять все такие расчеты самостоятельно; расчет LSALT является наиболее сложным. Затем пилоту необходимо изучить погоду и минимальные требования для посадки в аэропорту назначения, а также альтернативные требования. Пилоты также должны соблюдать все правила, включая их юридическую возможность использовать тот или иной подход по приборам, в зависимости от того, как давно они его выполняли.

В последние годы строгие маршруты полета от маяка к маяку начали заменяться маршрутами, полученными с помощью методов навигации, основанной на характеристиках (PBN). Когда эксплуатанты разрабатывают планы полета для своих воздушных судов, подход PBN побуждает их оценивать общую точность, целостность, доступность, непрерывность и функциональность совокупных навигационных средств, имеющихся в соответствующем воздушном пространстве. После того, как эти определения сделаны, эксплуатант разрабатывает маршрут, который является наиболее экономичным по времени и расходу топлива при одновременном соблюдении всех применимых требований безопасности, тем самым максимально увеличивая общие характеристики летательного аппарата и воздушного пространства.

В рамках подхода PBN технологии развиваются с течением времени (например, наземные радиомаяки становятся спутниковыми радиобуями), не требуя пересчета основных операций воздушного судна. Кроме того, навигационные спецификации, используемые для оценки датчиков и оборудования, которые доступны в воздушном пространстве, могут быть каталогизированы и распространены для информирования решений по обновлению оборудования и текущей гармонизации различных мировых аэронавигационных систем.

В полете

Находясь в полете, пилот должен стараться придерживаться плана, иначе заблудиться будет слишком легко. Это особенно актуально при полете в темноте или над безликой местностью. Это означает, что пилот должен как можно точнее придерживаться рассчитанного курса, высоты и скорости, если только он не летит под правила визуального полета. Визуальный пилот должен регулярно сравнивать землю с картой, (лоцманская проводка ) для обеспечения следования по маршруту, хотя корректировки обычно рассчитываются и планируются. Обычно пилот летит в течение некоторого времени, как и планировалось, 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 предположений, а путем мысленных расчетов - часто с использованием Правило 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 точка для переоценки расчетного времени для ноги. Хороший пилот научится применять различные методы, чтобы не сбиться с курса.

В то время как компас является основным инструментом для определения курса, пилоты обычно обращаются к указатель направления (DI), а гироскопически управляемое устройство, которое намного стабильнее компаса. Показания компаса будут использоваться для корректировки любого дрейфа (прецессия ) DI периодически. 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, возникает плохая погода или видимость падает ниже минимума, разрешенного лицензией пилота, пилот должен отвлечь на другой маршрут. Поскольку это незапланированный этап, пилот должен уметь мысленно рассчитать подходящие заголовки, чтобы получить желаемый новый путь. С использованием бортовой компьютер в полете обычно непрактично, поэтому используются мысленные приемы, позволяющие получить приблизительные и готовые результаты. Ветер обычно учитывается, если предположить, что синус A = A для углов менее 60 ° (если выразить в долях 60 ° - например, 30 ° составляет 1/2 от 60 °, а синус 30 ° = 0,5), что является достаточно точным. Метод для вычисления этого в уме - код часов. Однако пилот должен проявлять особую бдительность при отклонении от курса, чтобы сохранять осведомленность о местоположении.

Некоторые отклонения от курса могут быть временными - например, чтобы обогнуть местное грозовое облако. В таких случаях пилот может повернуть на 60 градусов от желаемого курса в течение определенного периода времени. Выйдя из шторма, он может повернуть назад на 120 градусов в обратном направлении и лететь в этом направлении в течение того же времени. Это маневр типа «ветер-звезда», и при отсутствии ветра он вернет его на исходную траекторию, а время поездки будет увеличено на длину одного отводного пути.

Еще одна причина не полагаться на магнитный компас во время полета, кроме калибровки Индикатор направления время от времени, потому что магнитные компасы подвержены ошибкам, вызванным условиями полета и другими внутренними и внешними помехами в магнитной системе.[2]

Средства навигации

Основная статья: Радионавигация
Точность навигационных систем.svg

Хорошие пилоты используют все доступные средства для помощи в навигации. Многие самолеты GA оснащены различными навигационными средствами, такими как Автоматический пеленгатор (АПД), инерциальная навигация, компасы, радиолокационная навигация, Всенаправленный VHF диапазон (VOR) и Глобальная навигационная спутниковая система (GNSS).

АПД использует ненаправленные радиомаяки (NDBs) на земле, чтобы управлять 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 провести две линии, чтобы определить местонахождение самолета на пересечении этих линий. Это называется поперечный разрез. В качестве альтернативы, если линия пути проходит прямо над маяком, пилот может использовать прибор ADF для поддержания курса относительно маяка, хотя «следовать за стрелкой» - плохая практика, особенно при наличии сильного бокового ветра - пилота фактический путь будет спиралью к маяку, а не то, что было задумано. NDB также могут давать ошибочные показания, потому что они используют очень длинные длины волн, которые легко изгибаются и отражаются от поверхности земли и атмосферы. NDB продолжают использоваться как обычная форма навигации в некоторых странах с относительно небольшим количеством навигационных средств.

VOR представляет собой более сложную систему и по-прежнему является основной аэронавигационной системой, установленной для самолетов, выполняющих полеты по ППП, в тех странах, где имеется множество навигационных средств. В этой системе маяк излучает специально модулированный сигнал, состоящий из двух синусоидальные волны которые из фаза. Разность фаз соответствует фактическому пеленгу относительно магнитного севера (в некоторых случаях истинного севера), по которому приемник находится от станции. В результате 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 ), что 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 местную информацию о погоде, которую пилот может слушать, возможно, генерируемую Автоматизированная система наземных наблюдений. VOR, который совмещен с DME, обычно является компонентом ТАКАН.

До появления GNSS, Небесная навигация также использовался обученными штурманами на военных бомбардировщиках и транспортных самолетах в случае отключения всех электронных навигационных средств во время войны. Первоначально навигаторы использовали астродом 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 не сбит Рейс 007 Korean Air Lines в 1983 г. побудило правительство США сделать GPS доступны для гражданского использования.

Наконец, за воздушным судном можно наблюдать с земли, используя информацию наблюдения, например, от радар или же мультилатерация. УВД затем может передать информацию пилоту, чтобы помочь определить местоположение, или может фактически сообщить пилоту местоположение самолета, в зависимости от уровня обслуживания УВД, которое получает пилот.

Использование GNSS в авиации становится все более распространенным. GNSS предоставляет очень точную информацию о местоположении, высоте, курсе и путевой скорости самолета. GNSS делает навигационную точность когда-то зарезервированной RNAV -оборудованный самолет доступен для GA пилот. В последнее время многие аэропорты включают GNSS инструментальные подходы. GNSS заходы на посадку состоят либо из наложений на существующие точные и неточные заходы на посадку, либо из отдельных GNSS подходы. Заходы на посадку с наименьшей высотой принятия решения обычно требуют, чтобы GNSS была дополнена второй системой, например, FAA. Система увеличения площади (WAAS).

Штурман

Дальнейшая информация: Воздушный экипаж

Гражданские штурманы (в основном резервный экипаж, также называемый «аэронавигатором» или «штурманом полета») использовались на старых самолетах, как правило, в период с конца 1910-х по 1970-е годы. Член экипажа, иногда два члена экипажа штурмана для некоторых полетов, отвечал за навигацию рейса, включая его счисление и небесная навигация. Это было особенно важно, когда полеты совершались над океанами или другими большими водоемами, где изначально не было радионавигационных средств. (спутниковое покрытие теперь доступно по всему миру). В качестве сложная электроника и GNSS систем, штурман был отменен, и его функции взяли на себя пилоты-штурманы с двойной лицензией, а еще позже - летные основные пилоты (Капитан и первый помощник), что привело к сокращению численности экипажей коммерческих рейсов. Поскольку установка электронных навигационных систем в приборные панели капитана и FO была относительно простой, должность штурмана в коммерческой авиации (но не обязательно в военной) стала излишней. (Некоторые страны поручают своим военно-воздушным силам летать без навигационных средств во время военное время, поэтому по-прежнему требуется место навигатора). Большинство гражданских аэронавигаторов были уволены или сокращены к началу 1980-х годов.[3]

Смотрите также

Рекомендации

Цитаты

  1. ^ Боудич, Натаниэль (1995). «Глоссарий». Американский практический навигатор (PDF). 9. Бетесда, Мэриленд: Национальное агентство изображений и картографии. п. 815. ISBN  978-0-939837-54-0. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-05-20. Получено 2010-12-14.
  2. ^ Справочник пилота по аэронавигационным знаниям, 2016 г., Министерство транспорта США - Федеральное управление гражданской авиации, стр. 8-24, 8-25, 8-26, 8-27
  3. ^ Грирсон, Майк. История авиации - гибель штурмана, Сайт FrancoFlyers.org, 14 октября 2008 г. Проверено 31 августа 2014 г.

Библиография

внешняя ссылка