Мало кто задумывался над тем, как он ориентируется, следуя в школу, на работу, домой. Ведь все так просто, привычно. Сложнее это сделать в лесу, степи, пустыне. Еще сложнее ориентироваться в воздухе, особенно ночью или за облаками, вне видимости земли. Как же летчик находит дорогу? Довольно продолжительное время у него был для этого единственный, но надежный прибор — магнитный компас. С помощью компаса летчик или штурман определяли курс, то есть угол между меридианом и линией пути, точнее — продольной осью самолета. В зависимости от скорости и времени полета определялось и место самолета над пролетаемой территорией.
Все это несложно, если данные точны. Но ведь на карте нанесен только истинный меридиан. Магнитный же, вдоль которого устанавливается стрелка магнитного компаса, отличается от истинного на какой-то угол, причем величина этого угла может достигать 8 — 10 градусов. На стрелку компаса действую! магнитные поля, образованные металлическими деталями самолета и электроприборами, они искажают его показания, причем на различных курсах на различную величину. Направление вектора скорости самолета относительно земли также пе совпадает с осью самолета, ибо на него действует ветер. Итак, для того чтобы определить место самолета относительно местности, надо было сделать еще ряд вычислений. А уточнять это место приходилось по земным ориентирам, то есть визуально. А если ориентиров нет? Если полет проходит за облаками? На помощь самолетовождению пришло радио, появились так называемые угломерные радионавигационные системы. Вначале система состояла из наземного радиомаяка, передававшего в нужном направлении телеграфом две буквы, например Н и А. Если самолет летел на маяк, летчик слышал обе буквы с одинаковой громкостью. Если слышимость одной из них ухудшалась, это говорило о том, что самолет уклоняется от равно-сигнальной зоны и его необходимо довернуть в нужную сторону.
Позже появились радиополукомпасы (РПК). Это тот же радиоприемник, но имеющий направленную антенну, выполненную в виде рамки и жестко закрепленную на самолете. Сочетание рамочной направленной антенны и открытой ненаправленной дает диаграмму направленности, имеющую один минимум приема и один максимум. Это свойство и использовалось для однозначного определения направления на приводную радиостанцию. Стрелка индикатора, расположенного на приборной доске, указывала, в какой стороне от оси самолета находится «привод». В роли «привода» могла быть как аэродромная, так и широковещательная радиостанция. С помощью РПК можно было определить и свое место нахождения. Для этого следовало настроиться на две различные известные приводные, направления от в их перенести на карту. Точка их пересечения и есть место самолета. Конечно, оно было неточным, ибо во время минипуляций с приводными и картой самолет не стоял на месте, а летел, проходил какое-то расстояние. Кроме того, расчетами мог заниматься штурман или член экипажа, свободный от гдадотирования самолета.
Дальнейшее совершенствование РПК привело к появлению автоматического радиокомпаса — АРК. Здесь рамка уже подвижная. Она автоматически устанавливалась своим минимумом в направлении радиостанции, и летчик, где бы ни находился — в облаках, за облаками — всегда «видел» направление на радиостанцию. Летчикам настолько понравился этот прибор, что они назвали его «золотой стрелкой». Радиокомпас дал возможность уверенно летать в сложных погодных условиях, выполнять заход на посадку вне видимости земли. Для этого надо было выйти в а приводную радиостанцию, установленную по оси взлетно-посадочной полосы на определенном расстоянии от ее начала, выполнить маневр для отхода от радиостанции и последующего разворота на нее и снижения в направлении взлетно-посадочной полосы, (рис. 1). Одним из первых автоматических радиокомпасов был АРК-Э. Его технические данные: диапазон частот 160— 1300 кгц; точность определения радиопеленга 2—3°; дальность действия, зависящая от мощности приводных аэродромных радиостанций и высоты полета, составляла 160—350 км; при работе с радиовещательными — 600—1000 км.
АРК-5 был очень удобен в эксплуатации. Указатель курсовых углов — «золотая стрелка» — устанавливался на приборной доске перед глазами летчика, щиток управления — в кабине у правой руки. Настроив приемник, летчик ставил переключатель рода работы на щитке в нужное положение, и АРК был готов к работе, стрелка указывала направление на радиостанцию. Конструкция радиокомпасов все время совершенствуется. Вслед за АРК-5 появились АРК-9, АРК-11 и др. Они стали более точными, удобными, с меньшей массой. Но суть их осталась прежней. И сейчас они являются неотъемлемой частью навигационного оборудования современных самолетов. Вслед за угломерными системами появились угломерно -дальномерные, которые позволяют определить не только направление на радионавигационную точку, но и расстояние до нее, что однозначно определяет место самолета. По этому принципу построена радиотехническая система ближней навигации РСБН-2. Она предназначена для обеспечения самолетовождения, захода на посадку, контроля и управления движением самолета с земли.
РСБН-2 в течение всего полета автоматически показывает азимут, отсчитываемый от северного направления истинного меридиана, проходящего через наземный радиомаяк, и дальность до него. Точность определения азимута составляет ±0,25°, дальность ±200 м. Система РСБН-2 с высокой точностью обеспечивает: определение места самолета; полет но заданному маршруту; определение навигационных элементов полета; вывод самолета на неподвижные наземные цели; выполнение маневра для захода на посадку в сложных метеоусловиях, снижение и посадку. Для определения места самолета используется полярная система координат (рис. 2), полюсом которой является точка «О», расположения наземного угломерно-далъномерного устройства — радиомаяка. Радиомаяк геодезически привязан к местности и ориентирован в большой точностью по меридиану. Измерение дальности до радиомаяка производится с помощью самолетного импульсного радиодальномера, излучающего запросный импульс и определяющего расстояние по времени запаздывания ответного импульса относительно запросного. Наземный маяк в этом случае выполняет роль ответчика или ретранслятора-дальномера.
Для определения азимута самолета используется часть наземного устройства, являющаяся всенаправленным радиомаяком. Маяк имеет две антенны, одна из которых открытая, неподвижная, излучает сигналы во все стороны с одинаковой интенсивностью, вторая — вращающаяся, направленная. Вращающаяся антенна излучает непрерывно, но ее сигнал будет принят на самолете только в момент, когда максимум диаграммы направленности совпадает с направлением на самолет. Открытая же антенна излучает короткий сигнал только в момент, когда вращающаяся будет направлена на север, Ази-мут определяется на борту самолета по времени запаздывания азимутального сигнала, излучаемого вращающейся антенной направленного действия, относительно сигнала северного совпадения, передаваемого через веенаправленную антенну радиомаяка. Измеренные с помощью РСБН-2 дальность и азимут прямо показываются на самолетном указателе, который так и называется прямопоказывающий прибор дальности и азимута» (ППДА) (рис. 3). Стрелка его показывает азимут, а цифры в окошках — дальность с точностью до 100 метров. Так как система работает в диапазоне ультракоротких волн (УКВ) н зависит от особенностей их распространения, то на средних высотах полета дальность ее составляет 400—500 км.
В составе самолетной аппаратуры имеется счетно-решающее устройство и стрелочный нуль-индикатор или комбинированный пилотажный прибор КПП-М (рис. 4). Наиболее полное представление о самолетовождении с помощью РСБН-2 можно получить при рассмотрении до-лета по маршруту, когда радиомаяк расположен в стороне от прямолинейного участка маршрута. При подготовке к полету по карте определяются заданный истинный путевой угол (ЗИПУ) — направление полета на цель, азимут — направление от маяка на цель и дальность от маяка до цели (рис. 5). Эти данные вводятся в блок управления счетно-решающего прибора. Они являются заданными и определяют положение линии заданного пути относительно маяка. При полете текущее значение полярных координат самолета сравнивается с заданными и в случае отклонения самолета стрелка КПП-М отклонится в сторону линии заданного пути. Задача летчика в полете держать эту стрелку в центре прибора, чтобы обеспечить перемещение самолета по линии заданного пути. За одну-две минуты до пролета цели срабатывает сигнальное устройство и загорается зеленая лампочка «Подлет к зоне», а в момент пролета — красная «Пролет зоны».
Система РСВН-2 обеспечивает посадку в сложных метеоусловиях. При планировании на посадку летчик пользуется горизонтальной и вертикальной стрелками КПП-М. Отклонение их показывает, в какую сторону следует отвернуть самолет, чтобы планировать в начало взлетно-посадочной полосы, где установлены курсо-глиссадные маяки. Если летчик удерживал обе стрелки по центру прибора, то после выхода из облаков он увидит перед собой взлетно-посадочную полосу. Ему останется вывести самолет из угла планирования, убрать обороты двигателя и приземлиться. Угломерно-дальномерная система значительно повысила точность и надежность самолетовождения. В настоящее время самолеты гражданской и военной авиации имеют возможность спокойно летать вне видимости земли, выходить в нужную точку и приземляться на заданном аэродроме. Однако старый друг летчика — элементарный магнитный компас всегда находится в кабине на случай (маловероятный, ко возможный) отказа одновременно всех других сложных и точных систем навигации.
Все это несложно, если данные точны. Но ведь на карте нанесен только истинный меридиан. Магнитный же, вдоль которого устанавливается стрелка магнитного компаса, отличается от истинного на какой-то угол, причем величина этого угла может достигать 8 — 10 градусов. На стрелку компаса действую! магнитные поля, образованные металлическими деталями самолета и электроприборами, они искажают его показания, причем на различных курсах на различную величину. Направление вектора скорости самолета относительно земли также пе совпадает с осью самолета, ибо на него действует ветер. Итак, для того чтобы определить место самолета относительно местности, надо было сделать еще ряд вычислений. А уточнять это место приходилось по земным ориентирам, то есть визуально. А если ориентиров нет? Если полет проходит за облаками? На помощь самолетовождению пришло радио, появились так называемые угломерные радионавигационные системы. Вначале система состояла из наземного радиомаяка, передававшего в нужном направлении телеграфом две буквы, например Н и А. Если самолет летел на маяк, летчик слышал обе буквы с одинаковой громкостью. Если слышимость одной из них ухудшалась, это говорило о том, что самолет уклоняется от равно-сигнальной зоны и его необходимо довернуть в нужную сторону.
Позже появились радиополукомпасы (РПК). Это тот же радиоприемник, но имеющий направленную антенну, выполненную в виде рамки и жестко закрепленную на самолете. Сочетание рамочной направленной антенны и открытой ненаправленной дает диаграмму направленности, имеющую один минимум приема и один максимум. Это свойство и использовалось для однозначного определения направления на приводную радиостанцию. Стрелка индикатора, расположенного на приборной доске, указывала, в какой стороне от оси самолета находится «привод». В роли «привода» могла быть как аэродромная, так и широковещательная радиостанция. С помощью РПК можно было определить и свое место нахождения. Для этого следовало настроиться на две различные известные приводные, направления от в их перенести на карту. Точка их пересечения и есть место самолета. Конечно, оно было неточным, ибо во время минипуляций с приводными и картой самолет не стоял на месте, а летел, проходил какое-то расстояние. Кроме того, расчетами мог заниматься штурман или член экипажа, свободный от гдадотирования самолета.
Рис. 1. Маневр для захода на посадку сложных метеоусловиях
Дальнейшее совершенствование РПК привело к появлению автоматического радиокомпаса — АРК. Здесь рамка уже подвижная. Она автоматически устанавливалась своим минимумом в направлении радиостанции, и летчик, где бы ни находился — в облаках, за облаками — всегда «видел» направление на радиостанцию. Летчикам настолько понравился этот прибор, что они назвали его «золотой стрелкой». Радиокомпас дал возможность уверенно летать в сложных погодных условиях, выполнять заход на посадку вне видимости земли. Для этого надо было выйти в а приводную радиостанцию, установленную по оси взлетно-посадочной полосы на определенном расстоянии от ее начала, выполнить маневр для отхода от радиостанции и последующего разворота на нее и снижения в направлении взлетно-посадочной полосы, (рис. 1). Одним из первых автоматических радиокомпасов был АРК-Э. Его технические данные: диапазон частот 160— 1300 кгц; точность определения радиопеленга 2—3°; дальность действия, зависящая от мощности приводных аэродромных радиостанций и высоты полета, составляла 160—350 км; при работе с радиовещательными — 600—1000 км.
АРК-5 был очень удобен в эксплуатации. Указатель курсовых углов — «золотая стрелка» — устанавливался на приборной доске перед глазами летчика, щиток управления — в кабине у правой руки. Настроив приемник, летчик ставил переключатель рода работы на щитке в нужное положение, и АРК был готов к работе, стрелка указывала направление на радиостанцию. Конструкция радиокомпасов все время совершенствуется. Вслед за АРК-5 появились АРК-9, АРК-11 и др. Они стали более точными, удобными, с меньшей массой. Но суть их осталась прежней. И сейчас они являются неотъемлемой частью навигационного оборудования современных самолетов. Вслед за угломерными системами появились угломерно -дальномерные, которые позволяют определить не только направление на радионавигационную точку, но и расстояние до нее, что однозначно определяет место самолета. По этому принципу построена радиотехническая система ближней навигации РСБН-2. Она предназначена для обеспечения самолетовождения, захода на посадку, контроля и управления движением самолета с земли.
Рис 2. Определение месте самолета с помощью угломерно-дальномерных систем
РСБН-2 в течение всего полета автоматически показывает азимут, отсчитываемый от северного направления истинного меридиана, проходящего через наземный радиомаяк, и дальность до него. Точность определения азимута составляет ±0,25°, дальность ±200 м. Система РСБН-2 с высокой точностью обеспечивает: определение места самолета; полет но заданному маршруту; определение навигационных элементов полета; вывод самолета на неподвижные наземные цели; выполнение маневра для захода на посадку в сложных метеоусловиях, снижение и посадку. Для определения места самолета используется полярная система координат (рис. 2), полюсом которой является точка «О», расположения наземного угломерно-далъномерного устройства — радиомаяка. Радиомаяк геодезически привязан к местности и ориентирован в большой точностью по меридиану. Измерение дальности до радиомаяка производится с помощью самолетного импульсного радиодальномера, излучающего запросный импульс и определяющего расстояние по времени запаздывания ответного импульса относительно запросного. Наземный маяк в этом случае выполняет роль ответчика или ретранслятора-дальномера.
Рис. 3. Прямопоказывающий прибор дальности и азимута штурмана [ППДА-ш]
Для определения азимута самолета используется часть наземного устройства, являющаяся всенаправленным радиомаяком. Маяк имеет две антенны, одна из которых открытая, неподвижная, излучает сигналы во все стороны с одинаковой интенсивностью, вторая — вращающаяся, направленная. Вращающаяся антенна излучает непрерывно, но ее сигнал будет принят на самолете только в момент, когда максимум диаграммы направленности совпадает с направлением на самолет. Открытая же антенна излучает короткий сигнал только в момент, когда вращающаяся будет направлена на север, Ази-мут определяется на борту самолета по времени запаздывания азимутального сигнала, излучаемого вращающейся антенной направленного действия, относительно сигнала северного совпадения, передаваемого через веенаправленную антенну радиомаяка. Измеренные с помощью РСБН-2 дальность и азимут прямо показываются на самолетном указателе, который так и называется прямопоказывающий прибор дальности и азимута» (ППДА) (рис. 3). Стрелка его показывает азимут, а цифры в окошках — дальность с точностью до 100 метров. Так как система работает в диапазоне ультракоротких волн (УКВ) н зависит от особенностей их распространения, то на средних высотах полета дальность ее составляет 400—500 км.
Рис. 4. Комбинированный пилотажный прибор КПП-М: 1 — неподвижный циферблат со шкалами курсе (вертикальная) и глиссады (горизонтальная); 2 — стрелки: курсовая(вертикаль-чая), глиссадная (горизонтальная); 3 — вращающаяся шкала курса; 4 — неподвижный указатель курса
В составе самолетной аппаратуры имеется счетно-решающее устройство и стрелочный нуль-индикатор или комбинированный пилотажный прибор КПП-М (рис. 4). Наиболее полное представление о самолетовождении с помощью РСБН-2 можно получить при рассмотрении до-лета по маршруту, когда радиомаяк расположен в стороне от прямолинейного участка маршрута. При подготовке к полету по карте определяются заданный истинный путевой угол (ЗИПУ) — направление полета на цель, азимут — направление от маяка на цель и дальность от маяка до цели (рис. 5). Эти данные вводятся в блок управления счетно-решающего прибора. Они являются заданными и определяют положение линии заданного пути относительно маяка. При полете текущее значение полярных координат самолета сравнивается с заданными и в случае отклонения самолета стрелка КПП-М отклонится в сторону линии заданного пути. Задача летчика в полете держать эту стрелку в центре прибора, чтобы обеспечить перемещение самолета по линии заданного пути. За одну-две минуты до пролета цели срабатывает сигнальное устройство и загорается зеленая лампочка «Подлет к зоне», а в момент пролета — красная «Пролет зоны».
Рис. 5. Подготовка данных для полета по маршруту в режиме СРП
Система РСВН-2 обеспечивает посадку в сложных метеоусловиях. При планировании на посадку летчик пользуется горизонтальной и вертикальной стрелками КПП-М. Отклонение их показывает, в какую сторону следует отвернуть самолет, чтобы планировать в начало взлетно-посадочной полосы, где установлены курсо-глиссадные маяки. Если летчик удерживал обе стрелки по центру прибора, то после выхода из облаков он увидит перед собой взлетно-посадочную полосу. Ему останется вывести самолет из угла планирования, убрать обороты двигателя и приземлиться. Угломерно-дальномерная система значительно повысила точность и надежность самолетовождения. В настоящее время самолеты гражданской и военной авиации имеют возможность спокойно летать вне видимости земли, выходить в нужную точку и приземляться на заданном аэродроме. Однако старый друг летчика — элементарный магнитный компас всегда находится в кабине на случай (маловероятный, ко возможный) отказа одновременно всех других сложных и точных систем навигации.