P1 PPL.5.A Основы навигации

Визуальная навигация

Полеты по правилам визуальных полетов (ПВП) предусматривают пилотирование самолета, ориентирование и выдерживание безопасных интервалов путём визуального наблюдения за линией естественного горизонта, ориентирами на местности и другими воздушными судами. Поэтому полеты по ПВП допускаются только в соответствующих погодных условиях при видимости достаточной для постоянного визуального контакта с землей и предотвращения столкновений с препятствиями на земле и в воздухе.

Базовым методом воздушной навигации при полетах по ПВП стал визуальный. Этот способ предусматривает распознавание на местности заранее известных ориентиров, и следование по маршруту от одной точки к другой. Самые удобные при этом ориентиры: шоссе, железные дороги и реки, следующие в попутном направлении. Отдельные высокие сооружения (церковь, элеватор или вышка), гора с характерными очертаниями или озеро приметной формы - также хорошие навигационные ориентиры. Перелетая от одного ориентира к другому, самолет описывает ломаную линию, и маршрут получается длиннее, чем по прямой до пункта назначения.

Каждый такой полет требует определенной штурманской подготовки. На карте прокладывается маршрут, определяются расстояния и магнитные путевые углы между отдельными пунктами маршрута, отмечается магнитное склонение. Вдоль маршрута выбираются характерные ориентиры, определяются наземные препятствия и безопасные высоты, отмечаются радиотехнические средства навигации.

В ходе предполетной подготовки изучается метеорологическая обстановка, рассчитываются элементы полета с учетом ветра:

• углы сноса, магнитные курсы, путевые скорости и время полета для каждого участка маршрута
• общая продолжительность полета
• потребный запас топлива

Расчет может выполняться с помощью навигационной линейки НЛ-10М или более совершенных инструментов.

Полет по маршруту выполняется по расчетным курсам с контролем по времени прохождения каждого участка. Правильность следования маршруту проверяется по заранее намеченным ориентирам сравнением конфигурации объектов на местности с тем, что содержится в карте. Эта задача непростая даже в реальном полете, учитывая то, что многие села очень похожи друг на друга, а обозначенные на карте дороги и реки часто не похожи на то, что мы видим глазами. Еще хуже обстоят дела в условиях симулятора, где более-менее близки к реалу только очертания крупных рек и главных дорог.

Однако неправильно полагать, что в полете по правилам визуальных полетов в распоряжении пилота есть только карта и компас. На самом деле при полетах по ПВП пилот может и должен пользоваться всем арсеналом пилотажных и навигационных приборов, имеющихся на его самолете.

 

Наземные навигационные средства

Ненаправленный радиомаяк (NDB)

С развитием авиации появилась необходимость выполнять полеты и в условиях отсутствия видимости земной поверхности. В результате появились наземные радиомаяки, которые устанавливались на аэродромах или отдельных точках пути. Первым радионавигационным средством стал ненаправленный радиомаяк (Non-Directional Radio Beacon, NDB). Такая радиостанция на определенной частоте передает азбукой Морзе свой опознавательный сигнал, состоящий из двух-трех символов. Ненаправленные радиомаяки еще называют приводными радиостанциями.

На борту самолета устанавливается автоматический радиокомпас (Automatic Direction Finder, ADF), который позволяет определить направление на радиомаяк. Это позволяет выполнять полет по направлению к радиомаяку или от него. Так были организованы первые воздушные трассы. Зная пеленги на два радиомаяка можно определить местоположение самолета. Это позволило определять точки маршрутов не только в местах размещения маяков, но и на пересечении азимутов от двух NDB.

Радиус действия радиомаяков около 250км, поэтому для обеспечения полетов самолетов пришлось создать весьма обширную сеть станций. Тем не менее, оставалось достаточно много пустых зон, где самолетам приходилось летать по карте и компасу без использования сигналов NDB.

Кроме этого, приводные радиостанции используют в составе оборудования для системы посадки. Дальние приводные маяки размещают примерно в 4км от торца ВПП для каждого курса посадки, а на дальности примерно в один километр устанавливают ближние приводные маяки. Радиус действия дальних маяков около 150км, а ближних приводных маяков около 50км. Самолеты выполняли полет на дальнюю приводную радиостанцию, а после ее пролета выполнялся заход по "коробочке". Такой способ захода на посадку называется неточным,  так как система обеспечивает наведение воздушного судна на конечном этапе захода на посадку только по курсу, но не по высоте.

Но на сигналы радиомаяков влияют погодные условия, рельеф, состояние атмосферы и другие факторы, поэтому точность и надежность определения направления оставалась невысокой. Тем не менее, несмотря на появление более совершенных средств навигации, радиомаяки все еще используются.

На навигационных картах радиомаяки обозначаются специальным символом с указанием частоты, буквенного кода и координат маяка.

Всенаправленный азимутальный радиомаяк (VOR)

Вторым этапом развития систем радионавигации стало появление VOR (VHF Omni-Directional Range) - всенаправленных азимутальных радиомаяков. Станция VOR передает в эфир свои позывные и информацию, которая позволяет радионавигационным системам на борту определить магнитный пеленг самолёта, то есть угол между опорным северным направлением и направлением на воздушное судно относительно станции.

Упрощённо можно представить VOR как радиомаяк, излучающий в каждом направлении свой индивидуальный сигнал. В контексте VOR вместо понятия "азимут" используется термин "радиал". Радиомаяк VOR формирует 360 радиалов, которые совпадают с магнитным азимутом. Бортовой индикатор VOR позволяет определить на каком радиале находится самолет и показать боковое отклонение от заданного радиала. Если радиокомпас позволяет определить только направление на радиостанцию NDB, то система VOR позволяет вести самолет строго по заданному радиалу по направлению к станции VOR или от нее без отклонения от линии заданного пути.

Важно то, что система VOR обеспечивает возможность автоматического полета по заданному радиалу.

Дальномерный радиомаяк (DME)

Для определения позиции воздушного судна нужно не менее двух радиомаяков: позицию можно определить по пересечению линий азимутов от обоих маяков. Но определить местоположение самолета можно и по одному маяку, если знать не только направление, но и дальность до маяка. Для этого было разработано дальномерное оборудование (Distance Measure Equipment, DME). Имея на борту специальный приемник можно определить расстояние до станции DME.

Хотя оборудование DME может устанавливаться самостоятельно, как правило его объединяют с системами VOR, получая совмещенные станции VOR/DME. Зная радиал и удаление до такой станции можно достаточно точно определить положение самолета. Это позволило значительно упростить задачи навигации, позволяя выполнять полеты на достаточно большой территории без визуальной ориентировки. Однако обслуживание большого количества наземных станций обходилось недешево.

Наибольшего развития сеть VOR/DME достигла к концу прошлого века, и только после появления систем спутниковой навигации ее значение стало снижаться. Тем не менее, дальномерные станции DME играют важную роль в современной концепции PBN (навигация, основанной на характеристиках) для повышения точности и надежности аэронавигации.

На навигационных картах станции VOR/DME обозначаются специальным символом с указанием частоты, буквенного кода и координат маяка.

 

Система спутниковой навигации (GNSS)

С развитием систем искусственных спутников Земли стало возможным создание спутниковой системы навигации (Global Navigation Satellite System, GNSS) - глобальной системы определения координат различных объектов. Использовании GNSS в аэронавигации стало возможным благодаря вводу в эксплуатацию двух основных спутниковых систем: американской Global Positioning System (GPS) и российской ГЛОНАСС. Европейский союз ведет разработку собственной системы Galileo.

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте до спутников, положение которых известно с большой точностью. Зная расстояния до нескольких спутников, можно вычислить положение объекта с высокой точностью.

Существующие спутниковые системы проектировались без учета характеристик требуемым гражданской авиации. Сигналы этих систем требуют улучшения с помощью бортовых или наземных функциональных систем. Погрешности определения орбит спутников, неоднородность атмосферы и другие факторы вносят ошибки в измерения координат, поэтому положение самолета определяется с точностью до нескольких метров. Использование наземных системы корректировки повышает точность измерений и позволяет использовать спутниковые системы для выполнения точного захода на посадку.

 

Восстановление  ориентировки

В случае потери ориентировки экипаж должен запросить место самолета у службы ОВД. Если запрос невозможен или не дает результата, то экипаж должен принять меры к определению местоположения самолета самостоятельно. Основными  способами  восстановления  ориентировки  являются:

• определение  места  самолета  прокладкой  на  карте  пройденного пути от последнего опознанного ориентира
• определение местоположения самолета по пеленгам на радионавигационные станции (NDB или VOR)
• выход на радионавигационную точку (NDB или VOR)
• выход  на  характерный  линейный (река, дорога, береговая линия) или крупный площадной ориентир (город, озеро) при условии видимости земли
• выход на световой ориентир при восстановлении ориентировки ночью

Если восстановить ориентировку не удается, то следует заблаговременно до полного израсходования топлива совершить посадку на любом аэродроме или выбранной с воздуха площадке.

 

Высота полета

Высота полета самолета - важнейший параметр с точки зрения безопасности, а барометрический высотомер - прибор, без которого не обходится ни один самолет. В основе работы барометрического высотомера лежит измерение давления воздуха.

Согласно принятому понятию стандартной атмосферы, давление на уровне моря равно 1013,25 гПа (гектопаскалей или миллибар). Такое давление называется стандартным и обозначается QNE. Известно, что на каждые 1000 футов (300 метров) подъема, давление уменьшается на 30 гПа. Именно этот факт и используется в барометрических высотомерах.

Относительно давления QNE измеряется эшелон полета (flight level, FL). Давление QNE устанавливается на высотомерах при наборе высоты выше высоты перехода и остается до пересечения эшелона перехода при снижении. При пересечении эшелона перехода на снижении на высотомере нужно установить QNH (в некоторых странах используется QFE). В разных странах высота перехода, как и эшелон перехода различаются.

Эшелон полета указывается в сотнях футов тремя цифрами: эшелон полета FL290 (соответствует высоте 29000 футов), эшелон полета FL080 (соответствует высоте 8000 футов). Поэтому самолеты, летящие на соседних эшелонах (например 160 и 170), имеют разницу по высоте в 1000 футов

Но давление на уровне аэродрома не является постоянной величиной и зависит от погоды. Чтобы измерить высоту ВС над уровнем аэродрома используют значение давления на аэродроме в данный момент времени. В Украине используют показатель QNH.

QNH - это давление на аэродроме, приведенное к уровню моря. То есть, это такое давление, которое было бы сейчас на аэродроме, если бы он находился на уровне моря. Если на барометрическом высотомере выставлено такое давление, то на уровне аэродрома высотомер будет показывать превышение аэродрома над уровнем моря. Давление QNH используют до высоты перехода при наборе высоты и ниже эшелона перехода при снижении.

По давлению QNH измеряется абсолютная высота. Барометрический высотомер показывает абсолютную высоту, когда на нем установлено давление QNH. В английском авиационном языке абсолютная высота называется altitude. Эшелон полета и абсолютная высота полета обозначаются термином уровни полета.

Атмосферное давление аэродрома (QFE) в Украине не применяется, но используется в некоторых других странах, например, в России. Если на высотомере самолёта установлено атмосферное давление аэродрома (QFE), а самолёт находится на взлётно-посадочной полосе, стрелка высотомера покажет нулевую высоту. По давлению QFE измеряется относительная высота. В английском авиационном языке относительная высота называется height.

В воздушном пространстве Украины определена единая абсолютная высота перехода (transition altitude) 10.010 футов. Эшелон перехода (transition level) определяется для каждого FIR по прогнозируемому минимальному давлению QNH в пределах FIR с обеспечением переходного слоя в 1000 футов между высотой и эшелоном перехода. Эшелон перехода сообщается экипажу при выдаче разрешения на снижение ниже нижнего эшелона полета. Горизонтальный полет в переходном слое запрещен.

При полете на эшелоне перехода и выше шкала барометрического высотомера устанавливается по давлению QNE (1013 hPa), а крейсерские уровни полета (cruising levels) соответствуют эшелонам полета (flight levels).

При полете на высоте перехода и ниже шкала барометрического высотомера устанавливается по давлению QNH, а уровни полета определяются по абсолютной высоте полета (altitude).

При наборе высоты шкала высотомера переставляется с давления QNH на QNE при пересечении высоты перехода, а при снижении шкала переставляется с давления QNE на QNH при пересечении эшелона перехода.

Параметры системы уровней полета в Украине

• футовая система измерения высот
• высота перехода 10.010 футов MSL (3000 метров над средним уровнем моря)
• эшелоны перехода от FL130 до FL110, в зависимости от давления на аэродроме
• уровни полета (высоты и эшелоны) располагаются с интервалом в 1000 футов
• полеты по ППП в западном направлении (с курсом от 180 до 359 градусов) выполняются на четных уровнях (8000, 10000, FL120, FL140, и т.д.)
• полеты по ППП в восточном направлении (с курсом от 360 до 179 градусов) выполняются на нечетных уровнях (7000, 9000, FL110, FL130, и т.д.)
• уровни полетов по ПВП получаются добавлением 500 футов к уровням полетов по ППП

Планируя и выполняя свой полет нужно быть внимательным при выборе высоты для полета!

Порядок установки высотомера и Таблица крейсерских эшелонов приведены в AIP Украины (ENR 1.7).