Определение курса самолета является одной из важнейших задач каждого полета. Для этого существуют различные курсовые приборы, называемые компасами. Компасы бывают магнитные, гитроскопические, астрономические и др. Наиболее распространенными являются магнитные компасы, стрелки которых определяют направление на магнитный полюс Земли, а следовательно, дают магнитный курс самолета. Для нанесения линии курса на полетную карту магнитный курс переводится в истинный, для чего вводится поправка на магнитное склонение. Точность показания магнитных компасов, не считая инструментальных ошибок прибора, зависит от состояния магнитного поля Земли и электромагнитного поля самолета. Влияние железных частей самолета, намагничиваемых магнитным полем Земли, и самолета на магнитную стрелку выражается в так называемой девиации компаса, которая определяется на каждом самолете и в полете учитывается по графикам девиации.
Астрономический компас и его использование
В отличие от других компасов астрономический компас дает возможность определять непосредственно истинный курс самолета, который без всяких поправок наносится на карту. Идея создания солнечного компаса принадлежит русскому авиатору С. Любицкому, по замыслу которого в дальнейшем этот прибор был сконструирован.
Принцип работы современного астрономического компаса, весьма простого по конструкции и не связанного ни с каким агрегатом самолета, основан на определении направления на какое-либо небесное светило: Солнце, Луну, планету или звезду. Взять направление на светило и определить его курсовой угол, т, е. угол, заключенный между осью самолета и направлением на светило, вообще говоря, можно любым визиром. Для Солнца это можно сделать, используя тень от какого-нибудь вертикального штыря. В основу метода измерения истинного курса самолета по астрокомпасу положено равенство истинного курса (ИК) разности между азимутом светила (А) и его курсовым углом (КУ). Зная закономерность суточного вращения светил, мы для любого момента времени можем заранее рассчитать азимут светила, а в полете, измерив курсовой угол светила и вычтя его из величины азимута, мы получим истинный курс самолета.
Суточное вращение небесных светил не параллельно истинному горизонту, а это значит, что непосредственный отсчет направления на светило на горизонтальном круге можно производить только при специальном расчете азимута светила для каждого момента. Чтобы избежать этих расчетов, используют равномерность суточного вращения светил, для чего в астрокомпасе, помимо устанавливаемого горизонтально курсового лимба, имеется еще круг часовых углов, устанавливаемый по широте места параллельно плоскости небесного меридиана. В нижней части прибора находится его основание, при помощи которого осуществляется закрепление астрокомпаса на самолете.
Визирная система для звезд не связана с часовым механизмом, поэтому при пользовании ею, помимо установки долгот и широт места, необходимо еще для каждого случая определения курса устанавливать на шкале часовых углов соответствующий гринвичский часовой угол светила.
Астрономический компас устанавливается на самолете так, чтобы на него попадали лучи наблюдаемых светил. Для этого его ставят или под специальным небольшим астрокуполом, или, если астрокупола на самолете нет, — перед остеклением кабины.
При укреплении астрокомпаса добиваются строгой параллельности между осью самолета и линией, проходящей через риски прибора с надписью «Курс» и «Курс +180°», при этом риска с надписью «Курс» должна быть направлена в сторону хвостовой части самолета. Работа астрономического компаса в полете должна выполняться при условии, что курсовой лимб (где отсчитывается курс самолета) устанавливается в плоскости истинного горизонта, а кругу часовых углов (где отсчитывается часовой угол светила) придается наклон по широте места, вследствие чего он становится параллельным плоскости небесного меридиана. На подготовленном для наблюдения астрокомпасе его курсовой лимб так же связан с кругом часовых углов, как и горизонтальная система небесных координат связана с экваториальной для данного светила и данного места, а направление на светило устанавливается непосредственно по часовому углу этого светила.
В полете, отрегулировав горизонтальное положение по уровням и установив все расчетные данные на шкалах астрокомпаса, вращая прибор до направления одной из визирных рамок на светило, мы против курсовой черты получим непосредственно истинный курс самолета без всяких поправок.
Таким образом, в методе измерения курса самолета ошибка практически исключается, в результате чего астрокомпас дает возможность просто и весьма точно определить и выдержать курс самолета. Современный астрокомпас дает возможность измерить истинный курс самолета с точностью 1—2°, т. е. не ниже точности любого другого компаса и вполне достаточной для самолетовождения.
Определение девиации магнитного компаса и радиодевиации по астрокомпасу
Определить девиацию магнитного компаса по астрокомпасу можно как на земле, так и в полете. Она выводится как разность между истинным курсом, определенным по астрокомпасу, и курсом, определенным по магнитному компасу, исправленному на магнитное склонение. АК = ИК - (КК + ДМ), где АК — девиация магнитного компаса; AM — магнитное склонение; КК — компасный курс.
При определении девиации на земле самолет последовательно устанавливается на различные курсы, на которых снимаются показания астрокомпаса и магнитного компаса, и по вышеприведенной формуле рассчитывается девиация для этих курсов. При определении девиации в воздухе по астрокомпасу самолет последовательно выполняет полет на необходимом количестве равноотстоящих курсов.
Схема курсов обычно строится по замкнутой ломаной линии. Причем, если скорость самолета небольшая (до 300 км/ч), берут один замкнутый маршрут, если скорость больше 300 км/ч, чтобы не отходить далеко от намеченного ориентира, берут две замкнутые ломаные линии маршрута. На каждом курсе самолет следует 2—2,5 мин, в течение которых экипаж самолета производит 4—5 отсчетов показаний магнитного компаса, определяет из них средний компасный курс и записывает его. Записывается также и истинный курс, снятый с астрокомпаса. Потом для каждого курса рассчитывается девиация магнитного компаса и строится график девиации, поправки с которого учитываются в полете при определении курса самолета по магнитному компасу.
Астрокомпас может быть также применим и для определения радиодевиации как на земле, так и в воздухе. Радиодевиация показывает разность между фактическим курсовым углом радиостанции (КУР) и отсчетом по радиокомпасу или радиополукомпасу (ОРК) и выражается формулой Др=КУР - ОРК.
При определении радиодевиации на земле надо вначале снять с карты истинный пеленг радиостанции (ИРП) — угол, заключенный между северным направлением истинного меридиана и направлением на радиостанцию, потом настроить радиокомпас (радиополукомпас) на эту радиостанцию и установить самолет, начиная с 0°, последовательно на 24 ОРК, отличающихся один от другого на 15°. На каждом из направлений самолета отсчитывают истинный курс самолета по астрокомпасу и соответствующее значение.
Для определения радиодевиации в воздухе надо еще до полета выбрать характерный ориентир, вблизи которого будет происходить определение радиодевиации, определить ИПР относительно места определения радиодевиации, рассчитать ИК самолета для 24 курсовых углов радиостанции и составить схему курсов. В полете выводят самолет на намеченный ориентир, уточняют настройку радиокомпаса (радиополукомпаса), устанавливают самолет на первый ИК согласно схеме курсов и отсчитывают ОРК. На каждом последующем курсе также ведут отсчет ОРК. После полета по ИК и ИПР рассчитывают КУР для моментов снятия ОРК, определяют радиодевиацию как разность между КУР и ОРК и составляют график радиодевиации. Поправки и графики радиодевиации используются в полете при расчетах радиопеленгов.
Радионавигационные средства обеспечивают успех выполнения полетного задания только тогда, когда тщательно велась предварительная и конкретная предполетная подготовка к каждому полету. К предварительной предполетной подготовке относятся:
1) изучение сети радиомаяков в районе полетов;
2) выбор и изучение опорных радиовещательных станций;
3) изучение сети земных радиопеленгаторных станций;
4) содержание в полной исправности агрегатов и выверка ее в установленные сроки;
5) систематическая тренировка в способах радионавигации как на земле, так и в воздухе.
Изучение радиомаячной сети состоит в следующем:
1) установка позывных радиомаяка, промежутка времени подачи и условного сигнала для открытия работы по вызову;
2) установка координат, длин волн и комбинаций букв при передаче пеленгом;
3) установка практического радиуса действия каждого радиомаяка;
4) установка характера передачи (тональные или незатухающие);
5) облет места расположения радиомаяков для изучения характерных отличительных ориентиров вокруг них, с предварительным изучением их по карте на земле;
6) определение деления шкалы для приема каждого радиомаяка непосредственно по приемнику, установленному на самолете;
7) систематическое отыскание радиомаяком, прослушивание их работы и позывных.
Для радиопеленгации используются только стационарные радиостанции, работающие постоянно, значительную часть суток. В отношении пеленгуемых радиостанций должны быть с полной достоверностью выяснены и проверены: координаты с точностью до 0°, длина волны, срок и примерное содержание передач, мощность и дальность действия при приеме в воздухе. Для быстрого отыскания выбранных радиовещательных станций должны быть определены деления шкалы приемника радиопеленгатора, на которых они принимаются. По выбранным радиостанциям постоянно производится тренировка в снятии пеленгов. Намеченные для пеленгования радиостанции должны быть проверены пеленгованием в воздухе в своем расположении, а если дальность их недостаточна, то и вылетом на часть маршрута для проверочного пеленгования. Вся сеть радиомаяков, земных радиопеленгаторных и радиовещательных станций наносится на карту навигационной обстановки с их краткой характеристикой.
Подготовка карты и изучение пути полетного задания заключаются в выборе и склейке карты, прокладке маршрута, подъеме карты и изучении маршрута. В сухопутной авиации для целей радионавигации при полетах на расстояния до 700—800 км наиболее удобной в навигационном отношении является карта масштаба 40 верст в дюйме. Проверяют наличие полных сведений о координатах этих радиостанций, о длине волн и мощности, характере и времени работы.
В результате составляется навигационный план полета. Навигационный план составляется на основе прокладки пути, предварительных расчетов полета и времени, выбранных методов и средств радионавигации, полученных указаний о порядке навигации, подготовленности материальной части и последних данных о погоде.
Порядок составления навигационного предполетного плана заключается в подробном перечислении всех выбранных и продуманных действий по всем этапам полета. Штурманы частей разрабатывают навигационные планы полета на основании «Руководства по самолетовождению». Все работы по наблюдению и содержанию в готовности радиооборудования летательного аппарата должны производиться в установленные сроки (работа по определению радиодевиации, проверка основных приборов).
Проведение этих работ непосредственно перед полетом не должно иметь места, особенно если в задании указан срок заданного вылета, исключающий возможность успеть их выполнить. Дается перечень обязательных правил действия и указаний по осмотру оборудования. К этим работам должно быть самое внимательное отношение, чтобы избежать непредвиденных случаев в полете, затрудняющих или исключающих возможность выполнения задания. Проводятся осмотр и подготовка радиопеленгатора. Необходимо проверить наличие бортового графика радиодевиации; сверить перечень всех переменных, вызывающих радиодевиацию частей летательного аппарата согласно протоколу определения радиодевиации; проверить наружную часть и ввод выпускной антенны; проверить вращение рукояток настройки; запустить умформер и проверить работу радиопеленгатора, работу самого умформера, действие зрительного индикатора, соответствие работы звуковой части радиопеленгатора с данными зрительного индикатора. Требуются осмотр и подготовка радиомаячного приемника: надо произвести наружный осмотр самого приемника (целость рукояток, их вращение, целость электрических измерительных приборов и т. д.); запустить умформер и проверить работу как самого умформера, так и приемника, настроив его на одну из ближайших работающих широковещательных станций.
Навигация по компасу при полете в облаках и за облаками является основным способом навигации самолета. Радионавигационные средства, позволяя контролировать путь как по дальности, так и по направлению, дают возможность лишь увеличивать этапы данного полета. Дальность полета в облаках и за облаками без контрольных выходов под облачностью может доводиться при целевых полетах до практического радиуса действия радиостанции. Дальность полета в облаках от радиостанции может быть не более 75% практического радиуса действия радиостанции, причем полет происходит таким образом, чтобы, когда летательный аппарат выйдет под облачность, оказаться на определенном линейном ориентире и к тому же в стороне от конечного пункта маршрута. В этом случае полет как бы заканчивается восстановлением детальной ориентировки на земле. Наиболее удобными и наилучшими средствами при полете за облаками будут являться радиовещательные станции и радиомаяки, работающие пеленгом. Определение своего места при выполнении полетного задания в облаках или за облаками можно производить по боковым радиостанциям. В этом случае может применяться и земной радиопеленгатор, а еще лучше — сеть таких радиопеленгаторов. Во время полета в отсутствие видимости земли из-за облачности восстановление ориентировки по радиомаякам и радиовещательным станциям при достаточно расширенной сети их должно иметь решающее значение.
На высоте 20—30 м от нижнего края облаков экипаж проходит контрольный этап и производит навигационные измерения для расчета курса следования и путевой скорости. Возвращение на свой посадочный аэродром может осуществляться по компасу за облаками до линии заданного пеленга полета на радиостанцию, далее — целевым полетом до КПМ. Задачи авиационного радиопеленгатора в ночном полете сводятся преимущественно к обнаружению аэродрома и посадке после выхода в свое расположение.
Удовлетворительные результаты пеленгования в ночное время суток дает земной радиопеленгатор, обладающий направленностью замкнутой антенны, но свободный от влияния горизонтальных частей (система разнесенных антенн Эдкока). Поэтому самым надежным средством радионавигации является земной радиопеленгатор. Земной радиопеленгатор в ночном полете может быть использован для контроля пути полета как по направлению, так и по дальности. При наличии сети земных радиопеленгаторов положение летательного аппарата может быть определено периодическим получением его координат.
Таким образом, главным способом навигации ночью является компасная навигация. Увеличение рабочих потолков самолетов до 8—10 км и более значительно сокращает число полетов в условиях видимости земли. При выполнении полетов на больших высотах визуальная ориентировка затруднена даже и при отсутствии облачности, так как некоторые детали земной поверхности, являющиеся хорошими ориентирами при полетах на средних высотах, становятся плохо различимыми или просто невидимыми с большой высоты.
Надежными ориентирами могут служить только наиболее крупные реки, озера, крупные населенные пункты и другие значительные объекты. Методика навигации вне видимости земли на умеренных высотах основывается на знании ветра и на кратковременных выходах из облаков для контроля пути и уточнения навигационных данных. При больших высотах эта возможность отпадает, так как определение ветра связано с необходимостью видеть земную поверхность, а необходимые выходы под облака требуют значительной потери времени. Поэтому при выполнении полетов на больших высотах радионавигация очень часто будет являться главным способом самолетовождения. Все известные методы радионавигации, применяемые в полетах на средних высотах (собственная и чужая радиопеленгации, полет по радиомаякам), вполне приемлемы и при полетах на больших высотах.
Наиболее надежным применением способа радионавигации на больших высотах является полет на радиостанцию и радиомаяк. При полете от радиостанции маршрут намечается с расчетом выхода на линейный ориентир с расчетным уклонением от конечного пункта маршрута. Следование пути происходит по боковым радиостанциям, радиомаякам и земным радиопеленгаторам. При наличии сети земных радиопеленгаторов на карте иногда наносятся расчетные места летательного аппарата по его координатам, полученным от центрального поста управления. Восстановление ориентировки при полете на больших высотах может быть осуществлено выходом на радиостанцию или полетом на крупный линейный ориентир.
Перед полетом на большую высоту следует обратить внимание на подготовку материально-технической части для работы в условиях низкой температуры. При подготовке радиоаппаратуры к высотному полету необходимо: при наличии горизонтальных антенн, тросов и лент проверить натяжку их, не допуская перенатяжения; все шарнирные соединения агрегатов тщательно промыть для удаления влаги обезвоженным керосином и затем смазать низкотемпературными маслами; через каждые 25— 30 ч работы менять войлочные прокладки у динамо-машин и умформеров.
Ввиду того что застывание деталей радиоаппаратуры при низких температурах возможно даже и при удалении смазки, рекомендуется все установки на радиоаппаратуре производить на земле перед полетом или в полете при наборе высоты (установку рамки пеленгатора, рукоятки настройки и др.). В воздухе необходимо периодически вращать подвижные части радиоаппаратуры и проверять работу умформера, для чего время от времени запускать его.