Как техника помогает водить самолеты

 

 

В наши дни самолеты покрывают огромные расстояния. Они перелетают через моря и континенты при любой погоде, днем и ночью со скоростью, превышающей скорость звука. Это было бы невозможным, если бы одновременно с развитием основной авиационной техники — самолетов и двигателей — не развивалась бы и техника самолетовождения.

Самолетовождение — это и управление самолетом — пилотирование, и нахождение пути к цели полета — навигация. Поэтому приборы, помогающие водить самолеты, делят на пилотажные и навигационные. Есть, правда, и приборы, относящиеся к обеим группам. Пилотажное оборудование позволяет летчику правильно управлять самолетом с помощью рулей и элеронов, а навигационное — лететь, не сбиваясь с пути.

Летчику, управляющему самолетом, прежде всего надо знать скорость полета относительно воздуха — воздушную скорость. Здесь ему помогает указатель скорости (рис. 1. Здесь и до конца статьи ссылки на цв. табл. стр., 488 — 489). Это манометр, измеряющий давление встречного потока воздуха, или аэродинамическое давление. Оно тем больше, чем быстрее летит самолет. С высотой плотность воздуха уменьшается, и чтобы получить здесь такое же аэродинамическое давление, как у земли, надо увеличить скорость полета. Это как раз и нужно летчику для пилотирования. Однако для навигации этого недостаточно: необходимо знать еще истинную воздушную скорость. Поэтому в приборе есть автоматическая поправка — на уменьшение плотности воздуха с высотой.

Высоту полета определяют барометрическим высотомером (рис. 2). Его действие основано на том, что давление атмосферы с подъемом уменьшается. Однако этот прибор показывает высоту полета правильно только относительно одного начального уровня, например аэродрома. Если же самолет летит над горами, то барометрический высотомер не может показать истинную высоту, т. е. расстояние между самолетом, например, и вершиной горы. Тут на помощь летчику приходит радиовысотомер (рис. 3). Он посылает к земной поверхности радиосигнал и принимает его отражение. По времени, прошедшему между посылкой и приемом радиосигнала, можно установить его путь, а следовательно, и истинную высоту полета.

Полезное дополнение к высотомеру — вариометр (рис. 4). Он показывает скорость подъема или спуска, т. е. вертикальную скорость полета. Воздух проходит внутрь этого прибора через капиллярные отверстия и выравнивает давление в его корпусе с атмосферным сравнительно медленно. Поэтому анероидная коробка может отмечать быстрые изменения давления при подъеме или спуске.

Управляя самолетом, важно соблюдать продольно-поперечную устойчивость, как говорят летчики, «сохранять горизонт». В хорошую погоду, когда горизонт виден, это нетрудно, и летчик может вести самолет очень точно, без кренов. А вот в плохую погоду и ночью ощущение горизонта, или, вернее, направления силы тяжести, в полете теряется. Дело в том, что начинает действовать центробежная сила, возникающая при повороте — вираже (рис. 5). Не видя горизонта, летчик может совершать вираж, думая, что летит горизонтально. Здесь ему помогает авиагоризонт (рис. 6). В основу этого прибора положен обыкновенный волчок — гироскоп. У него есть интересное свойство: как бы мы ни наклоняли плоскость, на которой он вращается, ось его вращения все равно не изменит своего положения. Это и использовано в авиагоризонте. Если самолет летит горизонтально, то ось вращения волчка перпендикулярна поверхности, на которой он вращается. Если же самолет делает крен, то поверхность изменит свое положение относительно волчка. Ценное добавление к авиагоризонту — указатель скольжения. Это, по существу, обычный поперечный уровень. Он позволяет совершать правильные виражи без скольжения вверх (когда крен мал) и вниз (когда крен велик). Для этого летчику достаточно удерживать шарик прибора в центре.

Наконец, управляя самолетом, нужно сохранять прямолинейность полета, т. е. курс. В кораблевождении для этого служат магнитный и гироскопический компасы. Современный авиакомпас (рис. 7) скомбинирован из дистанционного магнитного компаса и курсового гироскопа.

Курсовой гироскоп достаточно точно отмечает любые изменения в направлении полета, но со временем может отклониться от курса — «уйти из меридиана». Дистанционный магнитный компас поправляет показания курсового гироскопа. Он основан на взаимодействии электрического тока с магнитным полем Земли, т. е. на электромагнитной индукции, и поэтому его называют гироиндукционным компасом.

Показания гироиндукционного компаса передаются на индикатор. На этот же индикатор идут и показания радиокомпаса (см. ниже).

Кроме перечисленных основных приборов, необходимых для пилотирования, в кабине летчика установлены еще приборы, контролирующие работу двигателей и других механизмов. Ясно, что в полете наблюдать за всеми приборами сразу летчику трудно.

Поэтому указатель скорости, высотомер, авиагоризонт и авиакомпас собраны вместе в так называемый автопилот. Он автоматически действует на органы управления самолета и может длительное время вести его без вмешательства летчика. При этом автопилот точно выдерживает заданный курс, скорость, высоту и горизонтальное положение самолета. По заказу летчика этот удивительный прибор может выполнять правильные виражи, подъем и спуск. При дальних перелетах современным самолетом большую часть времени управляет автопилот.

Одна из самых ответственных задач управления самолетом — его посадка. Особенно трудно посадить самолет в плохую погоду и ночью. Однако при современной технике «слепая посадка», как говорят в авиации, стала вполне возможной (рис. 8).

Теперь обратимся к навигации. Перед штурманом воздушного корабля всегда стоят два вопроса: «какой взять курс», чтобы прийти к цели полета, и «где мы находимся» в тот или иной момент полета на пути к цели.

Если дальность полета невелика, его направление можно найти прямо по карте, определив транспортиром угол между линией, соединяющей пункты вылета и назначения, и меридианом — путевой угол. При полетах на большие расстояния штурман, учитывая шарообразность Земли, вычисляет путевой угол по географическим координатам пунктов вылета и назначения. Здесь только при полете по меридиану или экватору линия пути с постоянным путевым углом — локсодромия — будет совпадать с линией кратчайшего пути — ортодромией (рис. 9). В остальных случаях локсодромия будет отклоняться от ортодромии (к югу в Северном и к северу в Южном полушариях) и будет длиннее. Например, при перелете из Москвы в Хабаровск путь по локсодромии будет на 550 км длиннее пути по ортодромии. Поэтому в таких случаях выгоднее лететь по ортодромии, разбив путь на несколько участков и определив для каждого из них величину постоянного путевого угла.

Однако взять курс, точно соответствующий заданному путевому углу, нельзя: ведь атмосфера все время движется и ветер сносит самолет с курса. Поэтому при определении курса штурман выбирает такой угол, который в сумме с углом сноса (т. е. углом отклонения самолета от курса из-за ветра) дал бы заданный путевой угол.

Здесь штурману помогает ветрочет (рис. 10), причем путевая скорость отсчитывается от центра вращения линейки. Угол сноса можно рассчитать, если известны скорость и направление ветра на высоте полета, или измерить навигационным визиром, когда видна земля, или же найти по отклонению самолета от заданного пути через некоторое время после вылета.

Очень легко вести самолет к месту назначения, когда там работает радиостанция, а на самолете есть радиоприемник с рамочной антенной — радиокомпас. Если плоскость рамочной антенны перпендикулярна оси самолета, то стрелка индикатора радиокомпаса будет стоять на нуле, пока самолет летит на радиостанцию (рис. 11), и отклоняться в сторону, как только ось самолета изменит свое направление. При таком полете линия пути самолета называется радиодромией.

Очень прост и удобен полет по зоне радиомаяка (рис. 13). На радиомаяке под углом друг
к другу установлены две направленные антенны, и каждая непрерывно посылает определенные сигналы: одна — А, другая — Н. Если самолет летит точно по зоне, летчик через обычный радиоприемник одинаково хорошо слышит оба сигнала. Стоит самолету отклониться от зоны — и один из сигналов становится слышнее другого.

Определить местонахождение самолета по пути к цели можно несколькими способами. Простейший из них — ориентировка по карте, т. е. сличение местности, видимой с самолета, с картой. При полетах в облаках, за облаками, ночью и над морем этот способ, разумеется, непригоден. Другой способ — счисление пути. По путевому углу, скорости самолета и времени, прошедшему с момента вылета, вычисляют пройденный путь и на карте устанавливают свое местонахождение. При этом в расчет берется не воздушная скорость по указателю скорости, а путевая, т. е. скорость самолета относительно Земли.

Сейчас есть приборы, автоматически счисляющие путь: навигационный индикатор (рис. 14) и автоштурман.

Получая исходные данные от компаса, указателя скорости и часов и учитывая установленное штурманом направление и скорость ветра, навигационный индикатор непрерывно высчитывает все данные и показывает координаты самолета. Автоштурман, действуя по тому же принципу, вычерчивает путь самолета на карте.

Чтобы определить путь, нужно точно знать скорость и направление ветра. Поэтому показания навигационного индикатора и автоштурмана нуждаются в поправке. Это можно делать с помощью радиопеленгации. Если автоматический радиокомпас настроить на любую земную радиостанцию, он укажет направление на нее. Значит, местоположение самолета можно будет определить по радиопеленгам двух земных радиостанций (рис. 15).

При радиопеленгации самолета с Земли более мощные и точные наземные радиостанции пеленгуют самолетную и передают ей либо радиопеленги, либо (по одновременно произведенным засечкам двух радиопеленгаторов) непосредственно его координаты. Радиопеленгация с Земли дает значительно лучшие результаты, чем с самолета.

Другой прибор для определения местонахождения самолета — панорамный радиолокатор кругового обзора (рис. 12). Проходя через специальные устройства, отраженные от земли радиоимпульсы дают на экране изображение всех объектов, находящихся в зоне действия радиолокатора. Это изображение похоже на географическую контурную карту. На экране хорошо видны берег моря, крупные реки и озера, города.

Радиолокация позволяет с большой точностью определять расстояние до предмета, отразившего радиолокационный импульс. На этом основана круговая дальномерная система. Если штурману известно расстояние до двух специальных наземных радиостанций (рис. 16), то ему нетрудно определить место самолета. Оно будет в точке пересечения двух окружностей, называемых орбитами. Более простая, но менее точная система состоит из одной наземной радиолокационной станции. В этом случае можно определить местоположение самолета по расстоянию до станции и направлению от станции на самолет.

Однако все радиотехнические системы могут действовать только на определенном расстоянии. К тому же их работу затрудняют различные помехи. Поэтому в дальних полетах штурман использует и другие, свободные от этих недостатков средства. При дальнем полете на большой высоте хорошо служит астрономическая навигация. Она использует основные способы мореходной астрономии. К астронавигационной технике относятся астрокомпас, авиасекстант, точные часы и счетная аппаратура.

Астрокомпас (рис. 17) позволяет сохранять направление полета под определенным углом между осью самолета и направлением на небесное светило. Часовой механизм для учета суточного вращения Земли непрерывно вносит поправки в этот угол. Кроме того, периодически вносятся поправки на изменение широты места.

С помощью авиасекстанта (рис. 18) измеряют угловую высоту светила над горизонтом. Зная угловую высоту и время ее определения, рассчитывают — в основном по правилам мореходной астрономии с некоторыми упрощениями — линию положения самолета. Пересечение двух таких линий дает его местоположение.

Современные астронавигационные устройства сами, автоматически следят за светилом и непрерывно решают и выдают астрономические координаты самолета.

Авиационный радиосекстант (рис. 19) позволяет наблюдать Солнце сквозь облака. Действие другого прибора — инерциального навигационного устройства основано на использовании закона инерции. Чувствительный измеритель ускорений — аксцелерометр, установленный на стабилизированной (находящейся в неизменном положении) гироскопами площадке, отмечает все малейшие ускорения в полете, суммируемые интеграторами. Интегратор непрерывно определяет координаты самолета относительно пункта вылета.

Решая какую-либо задачу самолетовождения, экипаж воздушного корабля пользуется не одним, а несколькими способами. Например, местоположение самолета определяют по пересечению астрономической и радионавигационной линий положения (рис. 20).