- навигация
Рис. 1. Определение местоположения ЛА по линиям положения.
навига́ция летательных аппаратов, аэронавигация (от греч. aḗr — воздух и лат. navigatio — мореплавание), — наука о методах и средствах вождения летательных аппаратов из одной точки пространства в другую по траекториям, обусловленным характером задачи и условиями её выполнения. Для решения задач Н. необходимо знать следующие группы навигационных параметров; текущие значения параметров — местоположение летательного аппарата (широта φс, долгота λс), высоту h и её производную h, курс Ψ и вектор путевой скорости Vп; заданные значения параметров, определяющие программу полёта; отклонения фактических значений от заданных.
В наиболее общем случае с целью определения этих параметров на борту летательного аппарата выполняются: построение системы координат, измерение первичных параметров в этой системе и привязка её к одной из систем координат, связанных с Землёй; построение модели информационного поля, реализующей связь измеряемых параметров с навигационными; построение модели геометрической формы Земли, используемой для приведения первичных параметров, измеренных относительно истинной поверхности Земли, к поверхности, относительно которой решается задача Н.; реализация в бортовом вычислителе уравнений Н. на основе моделей информационного поля и геометрической формы Земли, позволяющих по измеренным параметрам определить основные навигационные параметры; пересчёт навигационных параметров в различные системы координат для ориентации, пилотирования, взаимодействия с другими летательными аппаратами и службой управления воздушным движением, решения специальных задач (см. Навигационные системы координат).
Средства Н. по принципу действия делятся на 4 группы: геотехнические, радиотехнические, астрономические и светотехнические. Геотехнические средства Н. основаны на измерении параметров естественных геофизических полей Земли: магнитного поля (магнитные компасы), поля земной атмосферы (барометрические высотомеры, измерители воздушной скорости), топографического поля (навигационные карты), поля оптического контраста (оптические визиры), гравитационного поля (гравиметры). Особо следует выделить группу гироинерционных средств Н., основанных на использовании гироскопического эффекта и измерении сил инерции ускоренного движения в совокупности с силой тяготения (гировертикали, инерциальные системы навигации и др.). Эта группа средств позволяет определять гироскопический курс, вектор путевой скорости Vп, относительную высоту полёта h0, местоположение летательного аппарата (φс, λс). Радиотехнические средства Н. основаны на измерении параметров искусственных электромагнитных полей, создаваемых наземными или бортовыми излучателями. Это радионавигационные системы ближней и дальней Н., радиокомпасы, радиолокаторы, доплеровские измерители скорости и угла сноса, спутниковые навигационные системы (см. Радионавигация летательного аппарата), позволяющие определить Vп, угол сноса, истинную высоту полёта летательного аппарата, местоположение летательного аппарата (φс, λс). Астрономические средства Н. (астрокомпасы, секстанты, астрономические и звёздно-солнечные ориентаторы), основанные на пеленгации небесных светил, позволяют определять географический курс и местоположение летательного аппарата (φс, λс) (см. Астронавигация, Астронавигационные системы). Светотехнические средства Н. основаны на использовании бортовых или наземных источников света, главная задача которых — облегчение ориентировки в сложных метеорологических условиях и ночью (прежде всего при посадке). Так как каждой группе технических средств Н. свойственны свои преимущества и недостатки, для обеспечения точной и надёжной Н. в любых условиях осуществляется их комплексирование.
Методы определения местоположения летательного аппарата. Текущее местоположение летательного аппарата может быть определено по информации о начальном местоположении и информации о составляющих вектора скорости на последующем участке полёта или на основе непосредственных измерений параметров, определяющих место летательного аппарата относительно наблюдаемых ориентиров. Применяются следующие методы определения местоположения летательного аппарата. Метод счисления пути основан на определении составляющих вектора скорости летательного аппарата в системе координат, привязанной к земной поверхности, и интегрировании этих составляющих по времени. Для решения задачи этим методом может быть использована информация от инерциальных, доплеровских, курсовых систем и измерителей воздушной скорости. Позиционный метод основан на измерении физических величин (навигационных параметров), для которых известна пространственная зависимость. В этом случае одно измерение позволяет определить поверхность положения (ПП), во всех точках которой навигационный параметр постоянен и равен измеренному его значению. В одной из точек ПП находится летательный аппарат в момент измерения соответствующего ей навигационного параметра. Пересечение ПП с поверхностью земного геоида даёт линию положения (ЛП) — линию на земной поверхности, являющуюся геометрическим местом точек проекции возможного местоположения летательного аппарата на поверхности Земли. Могут быть три типа ЛП: изолинии геометрического параметра (радионавигационного и астронавигационного), изолинии физического параметра (изодинамы магнитного поля, изобары поля давления, изолинии поля силы тяжести), топографической линии. Местоположение летательного аппарата определяется (рис. 1) как точка пересечения двух ЛП или более (трёх ПП или более). Обзорно-сравнительный метод основан на определении местоположения летательного аппарата путём сравнения параметров какого-либо физического поля, заложенных в память ЭВМ, с измеренными значениями параметров этого поля. Могут использоваться поле рельефа, магнитное поле, гравитационное поле, поле давления, поле оптического контраста, поле радиолокационного контраста, поле инфракрасного контраста.
Методы формирования программы полёта. В горизонтальной плоскости маршрут полёта прокладывается в виде отрезков частных ортодромий, которые задаются географическими координатами промежуточных пунктов маршрута, расположенных в начале (конце) каждой ортодромии — дуги большого круга, проходящей через две точки на земной поверхности, полёт по которым является полётом по линии кратчайшего расстояния между этими точками. В районе аэродрома траектория полёта формируется с учётом особенностей данного аэродрома и характеристик летательного аппарата. В вертикальной плоскости траектория формируется одним из следующих способов: выход на заданный эшелон полёта (см. Эшелонирование) по жёстко программируемой траектории; выход на заданный эшелон полёта по непрограммируемой траектории; полёт по экономичной по расходу топлива траектории. Основные варианты режимов полёта в последнем случае — полёт на максимальную дальность, максимальное время полёта и полёт, наиболее экономичный по эксплуатационным расходам. Для некоторых военных самолётов типовым является полёт по «потолкам», а для гражданских — полёт со сменой эшелонов. Осуществляется также программирование полёта по времени. В этом случае основными вариантами являются программирование времени прибытия самолёта в отдельные точки маршрута (прежде всего в конечную) и программирование графика полёта по времени непрерывно по всему маршруту.
Методы вывода летательного аппарата в заданную точку. Различают маршрутный и путевой (курсовой) методы вывода летательного аппарата в заданную точку. При маршрутном методе (рис. 2, а) задача Н. решается в земной системе координат. Основным параметром управления является линейное боковое уклонение Z, а также расстояние до заданной точки по линии пути (Sост). При этом методе достигается максимальная точность выдерживания линии заданного пути и определения расчётного времени прибытия в заданную точку. При путевом (курсовом) методе (рис. 2, б) параметром управления является угол доворота (разность между заданным и текущим путевыми углами). Полёт в заданную точку выполняется по кратчайшему расстоянию из точки, соответствующей текущему местоположению летательного аппарата.
В развитии средств и методов Н. можно выделить следующие основные этапы. Первый этап (до начала 20-х гг.) характеризовался применением метода визуальной ориентировки, второй (20—50-е гг.) — применением простых средств инструментальной навигации (например, радиокомпаса). Рост интенсивности воздушного движения, концентрация движения в районах расположения наземных радиомаяков привели к необходимости осуществления зональной навигации, основной отличительной особенностью которой является возможность полётов по любым траекториям и прежде всего по трассам, не проходящим через радиомаяки. Решение этой задачи было реализовано на следующем этапе (50—80-е гг.) установкой на борту летательного аппарата навигационных вычислителей, позволяющих «хранить» программу полёта и вычислять сигналы выхода на заданную траекторию. Появление на борту летательного аппарата навигационных вычислителей привело к образованию навигационных и пилотажно-навигационных комплексов (см. Пилотажно-навигационное оборудование).
Литература:
Помыкаев И. И., Селезнев В. П., Дмитроченко Л. А., Навигационные приборы и системы, М., 1983;
Олянюк П. В., Астафьев Г. П., Грачев В. В., Радионавигационные устройства и системы гражданской авиации, М., 1983;
Воздушная навигация, Справочник, М., 1988.О. В. Виноградов.
Рис. 2. Основные навигационные параметры и методы вывода ЛА в заданную точку.
Энциклопедия «Авиация». - М.: Большая Российская Энциклопедия. Свищёв Г. Г.. 1998.
