Навигация. Пилотажнонавигационное оборудование Ясенок Андрей Васильевич 1
Список литературы 1. В. Я. Мамаев, А. Н. Синяков, К. К. Петров, Д. А. Горбунов. Воздушная навигация и элементы самолетовождения. СПБ. 2002. 2. К. М. Антонович. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. М. 2005. 3. Ю. А. Соловьев Системы спутниковой навигации. - М. 2000. 4. Андреев В. Д. Теория инерциальной навигации. М. 1966. 2
Самолетовождение – выполнение полета по заданным пространственно-временным траекториям в фактических географических и метеорологических условиях. Самолетовождение включает в себя навигацию и пилотирование (управление) летательным аппаратом на всех этапах полета. Самолетовождение обеспечивается экипажем, пилотажно-навигационным оборудованием и наземными техническими средствами службы движения. 3
Пилотирование. Навигация Самолетовождение Пилотирование Управление движением летательного аппарата (ЛА), осуществляемое пилотом или системой автоматического управления с целью изменения или сохранения режима полета. Пилотирование производится с помощью органов управления, создающих необходимые моменты сил относительно центра масс ЛА и изменяющих тягу силовой установки. Навигация Обеспечение полета по траектории, определяемой маршрутом (трассой) и профилем полета от взлета с начального пункта маршрута до посадки в конечном пункте в заданное время. Решение частных навигационных задач, например, выдерживание заданных расстояний и интервалов времени между ЛА, предупреждение столкновения ЛА в полете с наземными препятствиями (горой и др. ) и т. д. 4
Выполнение полета по маршруту. Ил -76 ТД. Гетеборг – Гандер. 5
Выполнение стандартной схемы взлета. Ил -76 ТД. Гетеборг. 6
Навигационные элементы (параметры) При выполнении полета по заданной траектории (или маршруту) навигация сводится в основном к получению и контролю информации о текущих навигационных элементах движения центра масс ЛА относительно системы координат, привязанной к земной поверхности. Основные навигационные элементы: • время; • текущие координаты ЛА в выбранной системе координат; • высота и вертикальная скорость: • угловые параметры (курс, крен, тангаж и т. д. ); • скорость (путевая, воздушная). 7
Системы координат 8
Геометрическая модель Земли • Геоид – фигура, ограниченная поверхностью Земли, которая совпадает с поверхностью мирового океана в состоянии покоя водных масс и продолженной под материками; • Первое приближение формы Земли – сфера с радиусом R=6371110 м; • Второе приближение формы Земли – эллипсоид с определенными параметрами большой и малой полуоси (радиус экватора и расстояние от плоскости экватора до полюса) 9
Параметры эллипсоида СК-42: • a = 6378245 м; • e 2 = 0. 00669342. WGS-84: • a = 6378137 м; • e 2 = 0. 00669438. а – большая полуось; e 2 = (a 2 – b 2)/a 2 – квадрат эксцентриситета. 10
Глобальные системы координат 11
Параметры глобальных систем координат Экватор – окружность, плоскость которой перпендикулярна оси вращения Земли и включает центр системы координат. Меридиан – окружность, плоскость которой проходит через ось вращения Земли. Параллель – окружность, плоскость которой перпендикулярна оси вращения (параллельна экватору). Экватор на Земле один, а меридианов и параллелей бесконечное множество – через любую точку можно провести свой меридиан или параллель. Один из меридианов (Гринвичский) выбран в качестве начального. Широта (φ) – угол между плоскостью экватора и направлением из центра сферы в данную точку. Широта изменяется от 90° южной широты до 90° северной широты. На экваторе широта равна нулю, а на географических полюсах ± 90°. Долгота (λ) – угол между плоскостями начального меридиана и меридиана данной точки. Долгота изменяется от 180° западной долготы до 180° восточной. 12
Единицы измерений координат Единицами измерения широты и долготы являются угловые градусы, минуты, секунды и их десятичные доли (десятые, сотые и т. д. ). За рубежом используются следующие буквенные обозначения: N (north) – север, S (south) – юг, E (east) – восток, W (west) – запад. Значения широты и долготы в аэронавигационных документах могут быть записаны в следующем виде: 37° 23′ 12′′ с. ш. = N 37° 23. 2′ = +37. 38667° 134° 45′′ з. д. = W 134° 45. 75′ = -134. 7625° 13
Связь угловых и линейных единиц измерений координат Примерная длина меридиана и экватора: S = 2πRз ≈ 2 х 3, 14159 х 6371 ≈ 40030 км Примерная длина дуги меридиана (экватора) в 1° или в 1’: 1° дуги = S/360° = 40 030 км/360° = 111, 2 км 1’ дуги = 111, 2 км/60’ = 1, 852 км Примерная длина потому, что меридиан является не окружностью, а эллипсом и длина дуги различается на разных широтах. Длина дуги параллели зависит от широты (φ) и определяется формулой Lпар = Lэкв х cos φ, где Lэкв – длина дуги экватора с заданной разностью долготы. Для одной и той же разности долготы длина дуги параллели с приближением к полюсам уменьшается (функция косинуса убывает с увеличением угла). 14
Единицы измерения расстояний В воздушной навигации основные единицы измерений расстояний – километр (метр) и морская миля (фут). Морская миля (NM) – средняя длина дуги меридиана эллипсоида в 1’. Соотношения между единицами измерений: 1 NМ = 1° дуги меридиана = 1852 м = 1, 852 км 1 фут = 30, 48 см 1 м = 3, 28 фута Перевод единиц измерения расстояний производится по формулам: широта S [км] = S [NМ] x 1, 852 H [фут] = Н [м] x 3, 28 S [NМ] = S [км] / 1, 852 H [м] = H [фут] / 3, 28. Определение широты и долготы на карте 15 долгота
Гринвичская декартовая система координат Гринвичская система координат ОXYZ связана с земным эллипсоидом. Начало координат (точка О) – центр эллипсоида, ось OZ направлена по оси вращения Земли, оси ОХ и OY находятся в экваториальной плоскости. Ось ОХ совпадает с пересечением гринвичского меридиана и экваториальной плоскости, ось OY дополняет оси ОХ и OZ до правой тройки осей. С ЛА связывают географический сопровождающий трехгранник MXg. Yg. Zg, начало которого совпадает с центром масс М. Ось MYg направлена вверх по вектору нормали к земному эллипсоиду; оси MXg и MZg, лежат в плоскости местного горизонта. 16
Ортодромическая система координат Сферическая система. Основная плоскость отсчета – плоскость ортодромического экватора в которой лежит линия ортодромии, проходящая через начальную и конечную точки маршрута. Ортодромия, совмещенная с линией заданного пути или с осью маршрута, называется главной (ось Y). Другая ортодромия, перпендикулярная главной, проводится через точку начала отсчета координат (ось X). 17
Частноортодромическая система координат S, Z – текущие координаты в частноортодромической системе; V – воздушная скорость; U – скорость ветра; W – путевая скорость; К, УС, ЗПУ – угол курса, угол сноса, заданный путевой угол; ЛЗП, ЛФП – линии заданного и фактического пути. 18
Декартовая земная система координат Координатные оси – взаимно перпендикулярные прямые, относительно которых определяется положение любой точки. Погрешность (искажение расстояний), связанная со сферичностью Земли увеличивается с удалением от начала системы координат. Полярная система координат Положение определяется расстоянием – Д от точки, принятой за начало отсчета и углом в горизонтальной плоскости между направлением, принятым за начало и направлением на объект. Этот угол называется азимут (или пеленг) – А. Азимут отсчитывается по часовой стрелке и измеряется от 0° до 360°. Если объект находится к северу – пеленг 0°, если к востоку – 90°, к югу 180°, а к западу 270°. 19
Пересчет геодезических координат в декартовую систему координат Исходные данные для преобразования: координаты самолета B, L, H; координаты Bo, Lo, Ho начала декартовой топоцентрической системы; азимут (направление) Ao оси X. 1. Координаты B, L, H и Bo, Lo, Ho преобразуются в прямоугольные геоцентрические координаты. X = (N + H) × cos(B) × cos(L), Y = (N + H) × cos(B) × sin(L), Z = [(1 – e 2) × N + H] × sin(B), где N – радиус кривизны первого вертикала; a, e 2 – большая полуось и квадрат эксцентриситета эллипсоида. 2. Вычисляются проекции геоцентрических координат относительно начала топоцентрической системы. d. X = X – Xo, d. Y = Y – Yo, d. Z = Z – Zo. 3. Прямоугольные топоцентрические координаты. Xтц = d. X×[-sin(Lo)sin(Ao) – sin(Bo)cos(Lo)cos(Ao)] + d. Y×[cos(Lo)sin(Ao) – sin(Bo)sin(Lo)cos(Ao)] + d. Z×[cos(Bo)cos(Ao) ], Yтц = d. X×[cos(Bo)cos(Lo) ] + d. Y×[cos(Bo)cos(Lo)] + d. Z×[sin(Bo)], Zтц = d. X×[-sin(Lo)cos(Ao) + sin(Bo)cos(Lo)sin(Ao)] + d. Y×[cos(Lo)cos(Ao) + sin(Bo)sin(Lo)sin(Ao)] - d. Z×[cos(Bo)sin(Ao) ]. 20
Маршрут и профиль полета Полет выполняется по заданной траектории, которая может быть установлена заранее и опубликована в документах аэронавигационной информации, или оперативно задана диспетчером ОВД в полете. Траектория полета задается в горизонтальной плоскости (маршрут) и в вертикальной плоскости (профиль) полета. Маршрут полета – линия заданного пути (ЛЗП), заданная с помощью опорных точек. Участок маршрута – ЛЗП (дуга ортодромии) Исходный пункт маршрута Конечный пункт маршрута Заданный путевой угол Длина участка маршрута Поворотный пункт маршрута Профиль полета – проекция заданной траектории на вертикальную плоскость, проходящую через развернутый в прямую линию маршрут полета. 21
Системы отсчета курса Курс – угол в горизонтальной плоскости между направлением, принятым за начало отсчета, и проекцией оси ЛА. В зависимости от начала отсчета различают истинный, магнитный, условный и ортодромический курсы. ИК = МК + ΔМ, где ΔМ – магнитное склонение. Курс измеряется в диапазоне от 0° до 360° (или ± 180°). Обратный (противоположный) курс отличается от исходного на 180°. Для получения величины обратного курса надо прибавить или вычесть 180°. Например, если имеется направление 120°, то 120°+180° = 300°. Или 120°-180° = – 60°. В этом случае 300° = -60°, т. к. -60°+360° = 300°. 22
Магнитное склонение ΔМ – угол, между северным направлением истинного и магнитного меридианов в данной точке. За северное направление магнитного меридиана принимается направление горизонтальной составляющей вектора напряженности магнитного поля Земли в данной точке. Это направление не совпадает с направлением истинного меридиана, из-за неравномерности магнитного поля Земли. Положительное направление – от истинного меридиана к востоку, а к западу – отрицательное. В различных точках Земли ΔМ разное (в диапазоне от – 180° до +180°). Наибольшие значения в районе магнитных и географических полюсов. Величину ΔМ можно определить с помощью аэронавигационных карт на которых нанесены линии, соединяющие точки с одинаковым магнитным склонением – изогоны. 23
Навигационный треугольник скоростей V – воздушная скорость (относительно воздушных масс); W – скорость движения относительно земной поверхности; U – скорость ветра. Проекция векторов V, W, U на горизонтальную плоскость – навигационный треугольник скоростей. МПУ – магнитный путевой угол; НВ – направление ветра; УВ, КУВ – угол ветра и курсовой угол ветра; УС – угол сноса. 24
Угловое положение самолета характеризуют три величины – крен, тангаж и курс. Крен – угол между горизонтальной плоскостью и поперечной осью ЛА. Если крен положительный, то правое крыло опущено вниз, если отрицательный – вверх. Тангаж – угол между горизонтальной плоскостью и продольной осью ЛА. Если тангаж положительный, то «нос» поднят вверх, а если отрицательный – вниз. 25
Связанные декартовые системы координат ОXg. Yg. Zg – географический сопровождающий трехгранник, начало совпадает с центром масс. Ось Yg направлена вверх по нормали к земному эллипсоиду. Оси Xg и Zg, лежат в плоскости местного горизонта. – курс – крен – тангаж ОXYZ – cвязанная система координат. Начало – центр масс. Ось Х ось направлена по продольной оси ЛА. Ось Y направлена перпендикулярно оси X в плоскости симметрии ЛА. Ось Z образует правую систему координат. 26
Скачать презентацию Навигация Пилотажнонавигационное оборудование Ясенок Андрей Васильевич 1
Занятие 1.ppt