Расчет путевой скорости и угла сноса по известному ветру.

Такая задача решается во время предполетной подготовки, когда пилот (штурман) рассчитывает навигационные элементы и заполняет штурманский бортовой журнал – его левую часть, содержащую предполетные расчеты. Для каждого участка маршрута (от одного ППМ до другого) необходимо рассчитать УС и курс, который будет при данном ветре обеспечивать полет по ЛЗП, путевую скорость и время полета.

Длинный маршрут может содержать 10, 20 и даже 50 участков. И для каждого из них необходимо рассчитать все эти элементы. Поскольку время на предполетную подготовку ограничено, понятно, что решать эту задачу нужно быстро и, конечно, правильно.

Исходными данными для задачи являются следующие величины:

- истинная воздушная скорость V. Для каждого типа ВС из его Руководства по летной эксплуатации (РЛЭ) примерно известно, какая истинная скорость V будет иметь место на данной высоте полета по маршруту;

- з аданный путевой угол может быть измерен на карте, а на радионавигационных картах магнитные путевые углы (ЗМПУ) уже напечатаны для каждого участка маршрута;

- направление и скорость ветра. Эти данные экипаж получает во время метеоконсультации в аэропорту. Ветер по маршрутам, по которым выполняются полеты из данного аэропорта, включают в специальный бланк, находящийся в штурманской комнате аэропорта. Направление ветра в нем приводится метеорологическое;

- длина участка маршрута необходима для расчета времени полета на участке маршрута и может быть измерена или уже напечатана на карте;

- магнитное склонение определяется по карте с помощью изогон и необходимо только для перевода метеорологического направления ветра в навигационное.

Рассмотрим порядок решения задачи на примере со следующими исходными данными:

V = 200 км/ч;   ЗМПУ =230^о;  δ =290 ^о;   U = 70 км/ч;   S = 60 км;  ΔМ= +10^о.

Необходимо найти:

- магнитный курс, при выдерживании которого ВС будет лететь по ЛЗП;

- путевую скорость;

- время полета на участке маршрута.

Решение задачи:

1. Рассчитывается навигационное направление ветра:

δн = δ ± 180 °– ΔМ = 290 – 180 – 10 = 100.

2. Рассчитывается угол ветра.

Из НТС известно, что УВ= δн – ФМПУ. Во время предполетной подготовки, когда решается эта задача, ВС еще не летит и, конечно, никакого фактическогопутевого угла (ФМПУ) еще не существует. Но ведь смысл данной задачи заключается в расчете такого курса, при котором ВС следовал по ЛЗП, то есть, чтобы выполнялось условие ФМПУ=ЗМПУ, поэтому в задаче этого типаугол ветра:

УВ= δн –ЗМПУ = 100 – 230 = – 130 = 230.

Очевидно, что при таком УВ ветер дует влево и назад относительно направления полета. Следовательно, УС должен быть отрицательным (будет сносить влево), а путевая скорость получится меньше истинной.

Примечание: для удобства выполнения навигационных расчетов можно использовать и метеорологическое направление ветра, чтобы абсолютное значение УВ было не более 90, т.е. в нашем случае - 280^о. Тогда УВ=280-230=50. Это мы находим абсолютное значение УВ, но нужно пространственно представлять, откуда в данном случае дует ветер. В нашем примере он дует справа – встречный. Следовательно УС имеет отрицательный знак, поскольку ВС смещается влево. Такое положение облегчает выполнение расчетов, как с помощью НЛ-10, а особенно в уме.

3. Находят угол сноса и путевую скорость с использованием теоремы синусов.  Расчет можно выполнить как на калькуляторе, так и на НЛ-10М. Расчет путевой скорости выполняют по правилу: если ветер встречный УС отнимается из УВ, т.е. УВ – УС; если ветер попутный – УС прибавляют к УВ по своему абсолютному значению.

 

_____УС-? ___УВ_____УВ+УС____ 3

                             ______ ↑ _______|_________ ↓ ________4

______ U _____ V _______ W -? _____ 5

Определение угла сноса и путевой скорости (ключ).

 

Для рассматриваемого примера: УС = - 15; 50 – 15 = 35; W = 150;

 

Необходимо сделать несколько полезных замечаний, касающихся расчета на линейке.

Во-первых, если УВ оказался больше 180°, его невозможно установить на шкале линейки. В этом случае этот же угол нужно представить как отрицательный: 230 = – 130. На шкале устанавливают 130 (или 50). Знак на линейке, конечно, не устанавливают, но помнят, что УВ с минусом. Кстати это автоматически означает, что и УС будет отрицательным.

Во-вторых, если УС оказался меньше 5, его придется отсчитывать по шкале 4 (тангенсов). Это объясняется тем, что синусы и тангенсы малых углов примерно равны.

В-третьих, складывать УВ (точнее, то его значение, которое устанавливается на шкале, в нашем примере 130) и УС можно по модулю, невзирая на знаки. Это следует из того, что, если УВ представлен лежащим в диапазоне от –180° до +180°, то знаки УВ и УС всегда одинаковы.

В-четвертых, нужно помнить, что хотя УС и принято в ответе округлять до градуса, для расчета КУВ желательно его использовать более точно (учесть доли градуса). В противном случае W может быть определена с погрешностью. Особенно это важно, когда УС мал.

 

4. Рассчитывают курс следования, который обеспечит выполнение полета по ЛЗП.  Из НТС следует, что МК=ФМПУ–УС. Поскольку для выполнения полета необходимо, чтобы ФМПУ был равен ЗМПУ, то МК=ЗМПУ–УС.

Для рассматриваемого примера:  МК = 230 – (–15) = 245.

 

5. Рассчитывают время полета на участке.

Расчет выполняется по путевой скорости. t = S / W

При расчете на калькуляторе непосредственно по этой формуле время будет получено в часах, поскольку W измеряется в километрах в час. Чтобы получить время (как это требуется) в минутах, необходимо полученный результат умножить на 60 (количество минут в часе).

На НЛ-10М расчет времени выполняется с помощью ключа, по которому время получается в минутах.

_____ S _____ W ____ 1      Для рассматриваемого примера: t = 24 мин.

____ ↓t -? ____ ▲ _____ 2                  

Определение времени полета (ключ).

 

Определение ветра в полете.

В рассмотренной задаче предполагалось, что ветер уже известен. Действительно, если задача решается во время предполетной подготовки, то используются прогностические скорость и направление ветра, полученные от метеорологов. Однако прогноз погоды по маршруту может быть неточен, и фактический ветер может значительно отличаться от прогностического. Поэтому одной из первых задач, которые решает экипаж после занятия заданной высоты, это определение фактических направления и скорости ветра.

Ветер можно определить разными способами на основе использования различных исходных данных: по двум углам сноса на различных курсах, по двум путевым скоростям и т.д. В гражданской авиации в транспортных полетах экипаж не имеет возможности произвольно менять курс только для того, чтобы измерить на этих курсах УС. Ведь ВС должно лететь по заданному маршруту. Поэтому в гражданской авиации получил распространение способ определения ветра по путевой скорости и углу сноса, измеренным на одном курсе.

Исходными данными для решения задачи являются следующие величины:

- курс полета может быть определен в полете с помощью курсовых приборов (компасов);

- истинная воздушная скорость должна быть рассчитана по измеренной в полете приборной воздушной скорости;

- путевая скорость;

- угол сноса.

Путевая скорость и угол сноса могут быть непосредственно измерены в полете бортовым оборудованием (например, доплеровским измерителем скорости и сноса, спутниковыми навигационными системами - СНС) или определены одним из способов (на контрольном этапе).

Примечание: порядок определения ветра на контрольном этапе будет подробно рассмотрен в отдельной теме.

Рассмотрим порядок решения задачи на примере со следующими исходными данными:

V = 200 км/ч; МК =230^о; УС = 10 ^о; W = 230 км/ч.

Необходимо найти направление и скорость ветра.

1. Находят разность между путевой скоростью и истинной. Разность путевой и истинной скоростей называется эквивалентным ветром U экв.

ΔV (Uэк в) = W – V; 230 – 200 = 30.

 

2. Находят скорость ветра - U.

Рассмотрим ключ для решения задачи на навигационной линейке. На шкале 5 визирка устанавливается на ΔV (Uэк в)  и движок перемещается так, чтобы с ним совпало значение УС на шкале 3 (синусов). Затем визирка перемещается на значение истинной скорости V по шкале 5 и напротив него по шкале 4 (тангенсов) отсчитывается острый угол ветра ε*. Дело в том, что на шкале тангенсов невозможно установить угол более 90° (а точнее, более 85°). Это просто острый угол между линией фактического пути (направлением вектора W) и линией, вдоль которой дует ветер. Для примера показан угол ветра и острый угол ветра для случая, когда ветер дует влево назад (рис. 8).

Рис. 8. Угол ветра и острый угол ветра.

Примечание: в практике вместо символа острого угла ветра - ε* часто используют символ – α. В нашем примере α = 50^о.

Затем (вторая часть ключа) движок перемещается так, чтобы на это же место (то есть напротив V) было установлено это же значение полученного α, но уже по шкале синусов. Вернув визирку на значение УС по шкале синусов, напротив него по шкале 5 можно отсчитать скорость ветра U = 45 км/ч.

_____У C ___________ 3                _____У C _____ α ______ 3                  

_______|_____ α-? ___ 4                 _____ ↓________|_______ 4                                                          

____ _∆ V (Uэк в) _ V ↑ ____ 5           ______U-? _____ V ______ 5                     

Определение скорости ветра (ключ).

Примечание: поскольку синусы и тангенсы малых (до 20^о) углов практически равны, при значениях углов сноса в этих пределах для удобства расчетов можно пользоваться на НЛ-10 шкалой тангенсов – 4, применяя следующие ключи:

____У C ________ α-? __ 4             ________________ α __ 3                                               

____| _∆ V (Uэк в) ____ V ↑ ___ 5             _____ ↓ УС________| ___ 4                            

                                                                 ______ U -? _______ V __ 5                        

 

Определение скорости ветра (ключ).

 

Таким образом, скорость реального ветра U уже найдена и теперь необходимо определить навигационное направление ветра.

3. Находят направление ветра – δн или δ.

С помощью острого угла ветра α легко определить навигационное направление ветра. При этом целесообразно опираться не на формальные правила и формулы, а на здравый смысл и пространственное представление.

Первоначально необходимо определить направление полета, то есть фактический путевой угол ФМПУ, поскольку именно от этого направления отсчитывается α.     ФМПУ = МК + (±УС)         230^о + 10^о = 240^о.

Затем необходимо определить (с точностью до четверти) в каком направлении дует ветер относительно направления полета – вперед или назад, влево или вправо. Это ключевой момент в решении задачи, но он не представляет сложности.

Если путевая скорость W больше воздушной скорости V, то есть относительно земли ВС движется быстрее, чем относительно воздушной массы, значит ветер попутный, «помогает» полету, то есть дует вперед. В противном случае (W<V) ветер дует назад, то есть является встречным.

Если УС положительный (ВС сносит вправо), то и ветер дует вправо относительно направления полета. Ведь именно из-за ветра появляется снос. Если же УС<0, ВС сносит влево, то и ветер дует влево. На рис.9 изображены четыре возможных случая направления ветра (вперед-вправо, вперед-влево, назад-вправо, назад-влево).

 

Рис. 9. Возможные направления ветра относительно ЛФП.

 

Острый угол ветра ε* (α) отсчитывается от ЛФП, а определить необходимо навигационное направление ветра δн, то есть куда он дует относительно меридиана. Сделать это можно, опираясь на значение фактического путевого угла. Если ветер дует вперед, то навигационное направление ветра больше или меньше ФПУ на величину ε* (α). Численные значения всех направлений возрастают при их повороте по часовой стрелке. Поэтому, если ветер дует вправо относительно направления ЛФП, то δн больше ФПУ на величину ε* (α), а если ветер дует влево, то меньше на эту величину.

Если же ветер встречный (дует назад), то опираться следует не на ФПУ, а противоположное ему направление (ФПУ±180°), поскольку именно от него отсчитывается в данном случае острый угол ветра (см. рис. 9). Если сносит вправо, то вектор ветра лежит от этого направления против часовой стрелки и ε* (α) необходимо вычесть. При левом сносе вектор ветра лежит «более по часовой стрелке», чем направление (ФПУ±180°), и (α)  нужно прибавить.

Полученное таким образом навигационное направление ветра будет отсчитываться от того же меридиана (магнитного, истинного или опорного), от которого отсчитывался курс и следовательно фактический путевой угол.

Примечание: для удобства и упрощения расчетов направления ветра следует разобрать два варианта. (Рисунок 2)

Первый: когда W › V. В этом случае удобно определять навигационное направление ветра, т.е. δ_н, - куда дует ветер_, тогда δ_н = ФМПУ + α при положительном УС и δ_н = ФМПУ – α, при отрицательном УС.

Второй: когда W ‹ V. В этом случае удобно определять метеорологическое направление ветра, т.е. от куда дует ветер, тогда δ = ФМПУ + α, при отрицательном УС и δ  = ФМПУ – α, при положительном УС.

 

 

В нашем примере: ветер попутный и сносит вправо, тогда находим навигационное направление ветра δ_н = ФМПУ + α = 240^о + 50^о = 290^о. Если необходимо определить метеорологическое направление ветра достаточно развернуть δ_н на ± 180^о, т.е. δ = 290^о – 180^о = 110^о.

Решение НТС в уме будет рассмотрено в отдельной теме.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Черный М.А. Кораблин В.И.«Воздушная навигация» Москва. Транспорт. 1983 г.

2. «Аэронавигация». Ю.Н. Сарайский, И.И. Алешков. Часть I. Основы навигации и применение геотехнических средств: Учебное пособие. 2-е изд., Университет ГА. Санкт-Петербург, 2013.

 

Конспект составил:

Штурман авиационной эскадрильи

Омского ЛТК ГА                                                                   В.В. Рябченко