Вопрос № 4. Назначение, конструкция и работа астрономического компаса
Астрокомпасами называются приборы для определения истинного или ортодромического курса путем пеленгации небесных светил с учетом вращения Земли и координат местоположения летательного аппарата. Пеленгация светил позволяет определить направление небесного меридиана и, используя взаимосвязь его положения с координатами точки наблюдения и временем, вычислить искомые навигационные параметры. С помощью астрокомпасов можно измерять курс в любых районах земного шара, на любых скоростях и высотах. Однако автономность ограничена условиями видимости небесных светил. По методам измерений астрокомпасы разделяются на горизонтальные и экваториальные в зависимости от выбора навигационной системы координат.
В горизонтальной системе координат (рис. 4) положение светила С определяется относительно истинного горизонта и небесного меридиана высотой h и азимутом A соответственно.
Рис. 4. Горизонтальная система координат
Высотой светила h называют угол, отсчитываемый по дуге вертикала светила от плоскости истинного горизонта до светила.
Азимутом светила называется двугранный угол между плоскостью начального меридиана ZSZ' и плоскостью вертикала светила ZCZ', измеренный в плоскости местного горизонта. Азимут и высота светила вследствие кажущегося вращения небесной сферы непрерывно изменяются и являются функциями времени. В экваториальной системе координат (рис. 5) положение светила С определяется относительно небесного экватора и круга склонения светила углом t и склонением δ.
Рис. 5. Экваториальная система координат
Часовым углом называется угол, отсчитываемый но дуге небесного экватора от точки юга А до точки пересечения круга склонения светила с экватором.
Склонением светила называется угол между направлением на светило и плоскостью небесного экватора.
При построении обеих систем координат небо условно представляют в виде сфера произвольного радиуса, центром которой является наблюдатель. Вертикаль места наблюдения, продолженная до пересечения с небесной сферой, дает точки Z - зенит и Z' - надир, а ось вращения Земли - северный Pn и южный Ps полюсы мира.
Плоскость, проходящая через вертикаль ZZ' и светило С, дает на сфере вертикал светила ZCZ'. Плоскость, проходящая через ось мира Pn-Ps и светило С, дает на сфере круг склонения, светила. Небесный меридиан образуется путем пересечения сферы плоскостью, проходящей через точки Pn, Ps и Z.
Принцип устройства астрокомпасов рассмотрим на примере дистанционного астрокомпаса ДАК-ДБ, работающего в горизонтальной системе координат.
Определение курса летательного аппарата в этом компасе производится по формуле
где, КУ - курсовой угол светила, определяемый как угол между плоскостью пеленгации и продольной осью самолета в проекции на горизонтальную плоскость.
Курсовой угол измеряется с помощью пеленгаторной системы, а азимут рассчитывается по формуле
где, λ и φ - долгота и широта места измерения соответственно;
tГ - гринвичский часовой угол.
Реализация зависимости (8.3) осуществляется путем моделирования небесной сферы с помощью пространственного механизма - сферанта. Структурная схема астрокомпаса представлена на pиc. 8.11.
Рис. 6. Структурная схема астрокомпаса
Основными элементами компаса являются: датчик курсового угла светила, вычислитель азимута (сферант) и компенсатор методической погрешности.
Датчик курсового угла включает в себя пеленгатор с фотоэлементами и следящую систему, состоящую из двигатель-генератора и усилителя и обеспечивающую автоматическое удержание пеленгатора в плоскости вертикала светила. Сферант обеспечивает определение азимута светила по азимутальному лимбу при введении в него информации λ, φ, δ и tГР. Ввод информации осуществляется вручную и контролируется по соответствующим шкалам. Снятие сигнала курса производится с дифференциального сельсина сферанта, обеспечивающего алгебраическое сложение сигналов курсового угла и азимута. Компенсатор методической погрешности обеспечивает уменьшение погрешности в определении курса, зависящей от крена самолета γ и высоты светила h.
Примером экваториальных астрокомпасов могут служить компасы ДАК-Б и АК-53П.
Погрешности обоих типов астрокомпасов не превосходит ± 2° для нормальных условий измерений, оговоренных в инструкциях по эксплуатации.
Вывод: астрономические системы навигации (АСН) предназначены для определения координат местоположения самолета позиционным методом по двум линиям положения - линиям равных высот небесных светил. АСН являются ограниченно автономными системами, поскольку их работа определяется видимостью светил, а также требует наличия информации о их местоположении на небесной сфере. Важным достоинством АСН является высокая точность навигационных измерений, не зависящая от длительности, высоты и скорости полета. Выполнение навигационных измерений возможно в любых географических районах Земли.
Заключение
Основой успешного самолетовождения является комплексное применение технических средств, которое заключается в том, что самолетовождение осуществляется с помощью не одного какого-либо средства, а нескольких. При этом результаты навигационных определений, полученные с помощью одних средств, уточняются с помощью других средств. Такое дублирование исключает возможность допущения грубых ошибок, повышает точность и надежность самолетовождения.
Для решения задач самолетовождения штурман должен выбрать такое сочетание средств (из имеющихся в его распоряжении), которое в данной навигационной обстановке обеспечит наибольшую точность и безопасность полета.
Для правильного решения вопросов комплексного применения технических средств самолетовождения необходимо знание принципов работы тех или иных средств, их возможностей и способов использования для решения различных навигационных задач.
Авиационная техника и технические средства самолетовождения непрерывно развиваются. Современные самолеты оснащаются автоматизированными навигационными комплексами, значительно повышающими точность, надежность и безопасность самолетовождения. Широкое применение получают системы для автоматического самолетовождения по маршруту и для автоматического захода на посадку.
Для эксплуатации современных самолетов и самолетов ближайшего будущего нужны высококвалифицированные пилоты и штурманы, глубоко знающие теорию и в совершенстве владеющие практикой самолетовождения.
Задание на самостоятельную подготовку
1. На каких принципах основана корреляционно-экстремальная система навигации?
2. Какие преимущества у комплексной навигационной системы по сравнению с автономными навигационными системами?
3. Какие задачи решают навигационные вычислительные устройства в системах навигации?
4. Назначение астрономических компасов и принцип их работы?
Литература
1. Е. А. Румянцев «Авиационное оборудование» Типография ВВИА имени проф. Н. Е. Чуковского Москва 1980г.
2. А. М. Белкин, Н. Ф. Миронов «Воздушная навигация» Типография «Транспорт» Москва 1988г.
преподаватель ВК при ГУАП
подполковник А. Бакланов