Траектория полета, этапы полета и системы координат

Вполете ВС в каждый момент находится в определенной точке пространства, называемой его пространственным местом положения (ПМП). Проекция центра масс ВС на поверхность Земли называется местом положения ВС (МП ВС).

Совокупность последовательных положений ВС в пространстве называется траекторией полета (рис. 1.3).

 

Рис. 1.3. Траектория 1, маршрут 2 полета и места положения МП ВС

 

Проекция траектории полета ВС на поверхность Земли (карту) называется линией пути (ЛП), проекция заданной траектории полета на поверхность Земли - линией заданного пути (ЛЗП). Основная часть ЛЗП, называемая маршрутом полета, находится между исходными (ИПМ) и конечным пунктами маршрута (КПМ). Пункты маршрута выбирают на некотором расстоянии от аэропортов взлета и посадки в связи с тем, что траектория движения ВС непосредственно вблизи аэропорта существенно зависит от метеорологических и других условий и заранее не может быть точно указана. Например, при подходе ВС к аэродрому, если взлетно-посадочная полоса (ВПП) занята, ВС выполняет дополнительный маневр в воздушном пространстве, ожидая разрешения на посадку. Поэтому все движение ВС между точками взлета и посадки можно разделить на следующие этапы: взлет, вывод на ИПМ, выход на ЛЗП, следование по ней с периодическим контролем фактического пути и его коррекцией, вывод на КПМ, выполнение предпосадочного маневра, заход на посадку и посадка ВС.

Пространственное временное задание траектории полета называют программой полета. Реализацию программ осуществляют в различных системах координат.

В настоящее время для решения навигационных задач используют географические, ортодромические и полярные сферические или плоские системы координат (рис. 1.4).

В географической системе координат МП ВС определяют как точку на земном эллипсоиде. Координатами точки на земной поверхности являются географические долгота λ. и широта φ. Географическая систе­ма координат в виде меридианов и параллелей наносится на все навигационные карты и является основной для определения коорди­нат точек.

Рис. 1.4. Система координат:

а — географическая; б — ортодромическая; в — полярная

В ортодромической системе координат за основные оси координат приняты две ортодромии. Ортодромию, совмещенную с линией ЛЗП или с осью маршрута, называют главной и принимают за ось Z. Ортодромию, перпендикулярную главной, проводят через точку начала отсчета и принимают за ось Z. Положение любой точки М в этой системе указывается двумя ортодромическими координатами S и Z, кото­рые обычно выражаются в километрах.

В полярной системе координат положение точки в пространстве определяют: расстоянием Д до точки, принятой за начало отсчета (дальностью), углом А между вертикалью и направлением радиуса -вектора, идущего к точке.

 

Навигационные элементы

 

Величины, характеризующие пространственное место положения ВС, называют навигационными параметрами (элементами). Координаты, характеризующие текущее МП ВС, - навигационные параметры, а скалярные параметры вектора скорости - навигационные параметры движения.

К основным навигационным элементам относят: курс ВС, курсовой угол, пеленг (азимут), воздушную и путевую скорости, путевой угол, высоту полета и время.

Курсом ВС называют угол в горизонтальной плоскости между направлением, принятым за начало отсчета, и проекцией на эту плоскость продольной оси ВС. Курс отсчитывают от направления, принято­го за начало отсчета, до продольной оси ВС по ходу часовой стрелки от О до 360°. В зависимости от направления, выбранного за начало отсче­та, различают истинный, магнитный, компасный и ортодромический курсы ВС (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Курсы ВС и КУР

 

Истинным курсом (ИК) называют угол, заключенный между северным направлением истинного меридиана, проходящего через центр тяжести, и продольной осью ВС. По международному соглашению меридиан, проходящий через Гринвичскую астрономическую обсерваторию, находящуюся вблизи Лондона, принят в качестве истинного (географического) меридиана.

Магнитным курсом (МК) называют угол, заключенный между северным направлением магнитного меридиана, проходя­щего через центр тяжести, и продольной осью ВС. Магнитным меридианом называют линию, вдоль которой устанавливается свободно подвешенная магнитная стрелка под действием земного магнетизма. Угол между истинным и магнитным меридианами, вызванный несовпадением геог­рафического и магнитного полюсов Земли, называют магнитным склоне­нием DM. Величина DM на территории СССР находится в пределах -13...+30° (для Москвы DМ = +7°) и учитывается при решении навигацион­ных задач.

Компасным курсом (КК) называют угол, заключенный между северным направлением компасного меридиана, проходящего через центр тяжести, и продольной осью ВС.

Компасным меридианом называют линию, вдоль которой устанавливается магнитная стрелка компаса, находящегося на данном типе ВС. Компасный и магнитный меридианы не совпадают и различаются между собой углом, называемым девиацией компаса DК. Девиация компаса DК - угол, заключенный между северными направлениями магнитного и компасного меридианов; вызывается действием на стрелку магнитного компаса магнитного поля ВС, создаваемого стальными и железными деталями ВС, и электромагнитного поля, возникающего при работе электро и радиооборудования ВС.

Курс ВС измеряют магнитными компасами или курсовыми системами. Магнитный компас позволяет измерить компасный курс, вели­чина АК обычно сводится к минимуму компенсаторами девиации. На карте курс ВС определяют от истинного меридиана, поэтому при выполнении различных навигационных расчетов приходится переходить от одного курса к другому графически и аналитически:

ИК = КК± ΔМ± ΔК;

МК = КК± ΔК;

ИК = МК± ΔM.

Кроме указанных курсов, при вождении ВС применяют ортодромический курс (ОК), используемый при вождении ВС по кратчайшему расстоянию между двумя точками - ортодромии (рис. 1.6). Он отсчитывается от условно выбранного меридиана, по направлению которого устанавливается начало отсчета курса. Направление опорного мери­диана обозначают С_оп, направление магнитного - С_м. Угол между этими направлениями называют углом схождения меридианов δ. Ортодромический курс

ОК = МК±δ.

Курсовым углом радиостанции (КУР) называют угол между продольной осью ВС и направлением (ортодромическим) на радиостанцию. Отсчитывается от продольной оси ВС по часовой стрелке и может находиться в пределах 0...360⁰. КУР измеряют бортовыми автоматическими радиокомпасами АРК-11, АРК-9, АРК-15М, АРК-22, АРК-УД, а также определяют аналитически и графически.

Пеленгом радиостанции называют угол в горизонтальной плоскости между северным направлением меридиана, проходящего через центр тяжести ВС, и направлением на радиостанцию (рис. 1.7). Пеленг еще называют азимутом, так как эти понятия однозначные (пеленг - направление, определяющееся углом; азимут - угол, определяющий направление). В зависимости от какого меридиана отсчитывают пеленг (азимут), различают истинный пеленг (ИПР) или азимут (АР) радиостан­ции и магнитный пеленг (МПР) или азимут.

Рис. 1.6. Ортодромическии курс Рис- 1.7. Пеленги (азимуты) радиостанции ВС

Пеленгом (азимутом) ВС называют угол между северным направлением меридиана, проходящего через радиостанцию, и направлением на ВС. Пеленги ВС, как и пеленги радиостанции, могут быть истинными и магнитными. Пеленг самолета обозначают ИПС, МПС, а вертолета -ИПВ, МПВ. Пеленги рассчитывают по формулам:

МПС = МПР ± 180°;

ИПС = ИПР ± 180°.

Между курсом ВС, пеленгом (азимутом) и курсовым углом радиостанции существует зависимость

ИПР (АР) = ИК + КУР;

МПР = МК + КУР.

Азимуты (пеленги) радиостанции и ВС могут быть определены аналитически, а также измерены сортовой аппаратурой ближней навигации ("Курс МП-2", "Курс МП-70", РСБН-2СА, "Веер-М", РСБН-7С и др.).

Воздушной скоростью V называют скорость ВС относительно воздушной среды. Воздушную скорость измеряют приборами, которые определяют величину скоростного напора набегающего на ВС воздушного потока. Ветер не оказывает влияния на ее значение.

Путевой скоростью W называют скорость ВС относительно земной поверхности. Она зависит от воздушной скорости, скорости и направ­ления ветра. Путевую скорость измеряют доплеровскими измерителя­ми скорости и используют при определении пройденного ВС пути S.

При полете с боковым ветром векторы воздушной V, путевой W скоростей и скорости ветра U образуют треугольник скоростей (рис. 1.8).

Угол между векторами воздушной и путевой скоростей называют углом сноса (УС).

Рис. 1.8. Навигационный треугольник скоростей

Путевой угол (ПУ) - угол между северным направлением меридиана, принятого за начало отсчета, и направлением путевой скорости, совпадающей с направлением линии пути.

Различают истинный (ИПУ) и магнитный (МПУ) путевые углы. Кроме того, различают заданный путевой угол (ЗПУ), который задают перед началом полета, и фактический путевой угол (ФПУ), а также ортодромический (ОПУ).

Высотой полета Н называют расстояние до ВС, отсчитанное по вертикали от некоторого уровня, принятого за начало отсчета. В зависимости от начала отсчета различают абсолютную, относительную, условно барометрическую и истинную высоты полета (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Высота полета

Абсолютная высота H_абс - высота полета, измеряемая относительно уровня Мирового океана (в СССР - уровень Балтийского моря). Она необходима при прокладке маршрута полета, так как высоты всех точек рельефа на картах обозначены в величинах Н_абс.

Относительная высота H_отн - высота полета, измеряемая относительно давления аэродрома вылета и посадки. Ее используют при взлете или заходе ВС на посадку. Для измерения этой высоты исполь­зуют барометрический высотомер, на котором нулевой уровень уста­навливают по давлению на уровне соответствующего аэродрома.

Условно барометрическая высота Н₇₆₀ - высота полета, измеряе­мая относительно условного уровня, который соответствует стандарт­ному атмосферному давлению 760 мм рт. ст. Используют для поддержа­ния заданных эшелонов полетов ВС.

Истинная высота полета Н_ист - высота полета, измеряемая от нижней точки ВС до ближайшей точки земной поверхности. Измеряют радиовысотомерами и используют при взлете и посадке ВС и при полетах на малых высотах над пересеченной местностью.

Время также является навигационной величиной. Различают время по часам (время полета, прилета) и путевое время (отрезок времени для пролета определенного участка маршрута).

Ортодромия - линия кратчайшего расстояния между точками на поверхности земного шара, пересекает меридианы под разными углами (рис. 1.10). Полет по ортодромии выполняют с помощью специаль­ных курсовых приборов - гирополукомпасов или курсовых систем с неизменным пеленгом ВС.

Рис. 1.10. Линии положения

 

Локсодромия - линия кратчайшего расстояния между точками на поверхности земного шара, пересекает меридианы под постоянным углом. Полет ВС по локсодромии можно выполнять с постоянным магнитным путевым углом с использованием магнитного компаса, и поэтому эта линия будет кривой. При маршрутах протяженностью 1000...2000 км длина локсодромии мало отличается от длины ортодромии. При более длинных маршрутах эта разница существенна. Так, ортодромический маршрут между Москвой и Нью-Йорком короче лок­содромического примерно на 840 км.