Основные навигационные понятия и определения

«Воздушная навигация» - наука о вождении воздушных судов по программной траектории.

Полет является сложным движением самолета в воздухе. Его можно разложить на поступательное движение центра масс и угловое движение вокруг центра масс. При описании положения самолета в процессе его поступательного движения используется ряд точек и линий. Они служат основой для ведения навигационных понятий, непосредственно связанных с движением центра масс самолета. К ним относятся: пространственное место самолета (ПМС), место самолета (МС), траектория полета (ТП), линия пути (ЛП).

Пространственное место самолета - точка пространства, в которой в данный момент находится центр масс самолета.

Место самолета – точка на земной поверхности, в которую в данный момент проектируется центр масс самолета. Пространственное место самолета и место самолета могут быть заданными и фактическими.

Траектория полета - пространственная линия, описываемая центром масс самолета при движении. Она может быть заданной, требуемой и фактической. Под пространственно - временной траекторией полета понимают траекторию полета, заданную не только в пространстве, но и во времени. Заданная пространственно- временная траектория называется программной.

Линия пути - это проекция траектории полета самолета на поверхность Земли. Проекция программной траектории полета на поверхность Земли называется линией заданного пути (ЛЗП). Линия, по которой должен пролететь самолет, называется маршрутом полета.

Профилем полета – называется проекция программной траектории на вертикальную плоскость, проведенную через развернутый маршрут полета в прямую линию. Проекция на земную поверхность фактической траектории полета самолета называется линией фактического пути (ЛФП). Вдоль маршрутов устанавливаются ВТ и МВП, представляющие собой ограниченные по высоте и ширине коридоры в воздушном пространстве.

ВТ - коридор в воздушном пространстве, ограниченный по высоте и ширине, предназначенный для выполнения полетов воздушными судами всех ведомств, обеспеченный трассовыми аэродромами и оборудованный средствами радионавигации, контроля и управления воздушным движением.

МВП - коридор в воздушном пространстве, ограниченный по высоте и ширине и предназначенный для выполнения полетов воздушными судами при осуществлении местных воздушных сообщений.

При решении ряда навигационных задач могут применяться несколько координатных систем. В общем случае их выбор и применение зависят от характера технических средств навигации и возможностей вычислительных устройств. Положение МПС и МС в любой системе определяется координатами, которые определяются линейными или угловыми величинами. В навигации к наиболее употребительным геоцентрическим системам относятся: географическая (астрономическая и геодезическая), нормальная сферическая, ортодромическая и экваториальная.

В качестве основных географических систем используются: прямоугольные правые системы координат (нормальная земная и стартовая), биполярные (плоская и сферическая), гиперболическая и горизонтальная.

При проектировании физической поверхности Земли на поверхность геоида используется астрономическая система координат. Координатами место самолета в этой системе являются:

· астрономическая широта j_а - угол между плоскостью экватора и направлением отверстий линий в данной точке, измеряющийся в плоскости экватора к полюсам от 0^о до ±90^о;

· астрономическая долгота l_а - двугранный угол, заключенный между плоскостью Гринвичского меридиана и плоскостью, проходящей через отвесную линию в данной точке параллельно оси вращения Земли (плоскостью астрономического меридиана) измеряющийся от 0^о до ± 180^о к востоку и западу.

Координатами в геодезической системе (рис. 1.2) являются:

· геодезическая широта В – угол между плоскостью экватора 1 и нормальную 4 к референц - эллипсоиду в данной точке М (измеряется от плоскости экватора к полюсам от 0^о до ±90^о);

· геодезическая долгота L – двугранный угол между плоскостями Гринвичского и геодезического 5 меридианов данной точки М (измеряется от 0^о до ±180^о к востоку и западу, в некоторых случаях от 0^о до 360^о к востоку).

Рис. 1.2

Географическая система координат:

· географическая широта j_г - двугранный угол, заключенный между плоскостью экватора и нормалью (отвесной линией) к поверхности эллипсоида (геоида) в данной точке М (измеряется от экватора к полюсам от 0^о до ±90^о);

· географическая долгота l_г – двугранный угол, заключенный между плоскостями начального (гринвичского) меридиана и меридиана данной точки М. Измеряется от 0^о до ±180^о к востоку и западу (при решении некоторых задач от 0^о до 360^о к востоку).

Нормальная система координат:

· нормальная сферическая широта j - угол между плоскостью экватора и направлением из центра земного шара в точку, являющуюся изображением соответствующей точки эллипсоида. Измеряется центральным углом или дугой меридиана в тех же пределах. Что и географическая широта;

· нормальная сферическая долгота l - двугранный угол между плоскостью начального (гринвичского меридиана) и плоскостью меридиана данной точки. Измеряется либо центральным углом в плоскости экватора либо дугой экватора от начального меридиана до меридиана данной точки в тех же пределах, что и географическая долгота.

Физическое состояние воздушной среды, а также направление ее перемещения относительно земной поверхности оказывают существенное влияние на траекторию движения самолета в любой системе координат. Для оценки движения самолета по траектории используются геометрические и механические величины, характеризующие пространственное положение самолета, скорость и направление его движения в некоторый момент времени. Их принято называть навигационными элементами полета и подразделять на навигационные элементы и движения.

Высота полета - это расстояние по вертикали от некоторого уровня, принятого от начала отсчета, до самолета.

Элементами второй группы являются: путевая скорость, путевой угол, угол сноса, воздушная скорость, курс и вертикальная скорость.

Скорость полета самолета определяют как относительно воздушной среды, окружающий самолет, так и относительно земной поверхности.

Курсом самолета γ – называется угол в горизонтальной плоскости между направлением, принятым за начало отсчета 1 в точке местоположения самолета, и проекцией на эту плоскость его продольной оси 2 (рис. 1.7).

Путевой скоростью полета называется скорость перемещения по земной поверхности МС, направленная по касательной к линии пути 2.

Путевым углом называется угол между направлением, принятым за начало отсчета и линией пути (вектором путевой скорости W). Он также как и курс отчитывается от начала отсчета по часовой стрелке от 0^о до 360^о.

Угол сноса a - самолета называется угол между вектором воздушной скорости и вектором путевой скорости в горизонтальной плоскости. Он считается положительным, если вектор путевой скорости расположен правее вектора воздушной скорости, отрицательным – если левее.

Вертикальной скоростью W_в называется вертикальная составляющая вектора полной скорости поступательного перемещения самолета относительно Земли W (рис. 1.7) .

Рассмотренные выше навигационные элементы полета могут быть заданными, фактическими и требуемыми. Например, линии фактического пути - фактический путевой угол, линии заданного пути - заданный путевой угол, а линии требуемого пути - требуемый путевой угол.

Постановка навигационной задачи основывается на определении программных, фактических и требуемых значений навигационно- пилотажных параметров относительно воздушной среды и земной поверхности, характеризующих соответствующие траектории полета.

Полету любого назначения предшествует расчет программной траектории и составление (разработка) заданной навигационной программы полета, рассчитанная программная траектория, обеспечивающая наиболее безопасный и экономический полет, может быть задана аналитически или графически в различных системах координат. Аналитически она выражается конечными уравнениями движения центра масс самолета, которые в широко распространенной ортодромической прямоугольной системе координат имеют вид:

(1.9)

где Z_з, S_з, H_з – заданные (программные) ортодромические прямоугольные координаты ПМС в заданный момент времени Т.

Для указания программной траектории полета экипажу задаются маршрут полета, время полета его опорных пунктов, а также профиль полета. Навигационная программа, разработанная на основе программной траектории, в зависимости от возможностей технических средств навигации и пилотирования может вводиться в запоминающие устройства навигационных вычислителей и представляться на индикаторах навигационной обстановки, автоматических картографических планшетах, полетных картах, бортовых журналах и планах полета. Полет по программной траектории согласно навигационной программе должен выполняться в соответствии с руководством по летной эксплуатации. В них регламентируются правила, условия и ограничения по летной эксплуатации и пилотированию самолета данного типа.

Характер траектории определяется режимами полета самолета. Последние в свою очередь, характеризуются различными навигационными и пилотажными параметрами, под которыми понимают механические и геометрические величины и их производные, применяемые в самолетовождении.

Навигационные и пилотажные параметры могут совпадать с навигационными элементами полета или быть связаны с ними простыми соотношениями. К навигационным параметрам относятся: координаты пространственного места самолета, путевая скорость, путевой угол, угол сноса, вертикальная скорость, производные этих параметров и другие.

К пилотажным относятся: воздушная скорость, курс самолета, вертикальная скорость относительно воздушной среды, угловая скорость, углы рыскания, крена, тангажа и др. Согласно такому делению параметров, используемых в СВЖ, различают навигационный и пилотажный режимы полетов.

Контрольные вопросы

1. Что такое предмет воздушная навигация?

2. Какой бывает траектория полета?

3. Какие геодезические системы координат наиболее употребительны в навигации?

4. Чем определяется характер траектории полета?

Ключевые слова:

Предмет воздушная навигация, ПМС, МС, ТП, ЛП, профиль полета, ВТ, МВЛ, астрономическая система координат, геодезическая система координат

географическая система координат, нормальная система координат, высота полета, курс самолета, путевая скорость, путевой угол, угол сноса.