Опубліковано автором Чота Крилатих

Аеронавігація

Що таке аеронавігація?

АЕРОНАВІГАЦІЯ – це наука та практика навігації повітряним транспортом, включаючи планування маршрутів, контроль польотів, орієнтацію в повітрі, технічне обладнання та засоби звʼязку. Ця галузь діяльності забезпечує безпеку та ефективність польотів повітряних суден.

Для чого вона?

До основних завдань повітряної навігації відносяться:

  1. Визначення положення літального апарату в просторі. При цьому визначаються його координати, висота (абсолютна і відносна), швидкість польоту, курс руху і безліч інших параметрів.
  2. Контроль шляху і його виправлення в міру необхідності
  3. Побудова оптимального маршруту для досягнення пункту призначення. У цьому випадку основне завдання системи навігації полягає в допомозі для досягнення точки призначення за мінімальний час при мінімальній витраті палива.
  4. Оперативне коригування маршруту під час польоту. Необхідність зміни польотного завдання може виникнути при несправності літального апарату, за наявності несприятливих метеорологічних явищ на шляху руху, для зближення з певним літальним апаратом або, навпаки, для уникнення зіткнення з ним.

Які є види аеронавігації?

Є 4 основні види навігації

  • Візуальна
  • Магнітна (компаси)
  • Радіонавігація (маяки)
  • Електронні засоби

    Візуальна навігація

    Пілотування — це політ з одного місця в інше по маршруту, який розбитий на відрізки. Маршрутний політ, як правило, складається з попередньо запланованого маршруту, розбитого на відрізки , які пролітає повітряне судно (на кожному відрізку пілот слідує до видимого візуального орієнтиру, звіряючись при цьому з польотною картою). Пілотаж регламентується ПВП – правила візуального польоту.

    Магнітна навігація

    Компас на літаку використовується для орієнтації за напрямком руху. Найчастіше використовують магнітний компас, який показує курс відносно магнітного північного полюса. Через магнітні аномалії та коливання під час польоту на великій швидкості, магнітний компас може мати похибки, тому його часто використовують разом із гірокомпасом або іншими навігаційними інструментами для більш точного визначення курсу. 

    Принцип роботи магнітного компаса в літаку заснований на взаємодії магнітного поля Землі з магнітними елементами компаса. Усередині компаса є магнітна стрілка, яка вільно обертається на вістрі і завжди вирівнюється вздовж ліній магнітного поля Землі, вказуючи на магнітний північний полюс.

    Однак у літаку є кілька факторів, що впливають на точність компаса:

    1. Девіація — це відхилення, викликане наявністю металевих елементів літака та електричних пристроїв на борту, які створюють локальні магнітні поля.
    2. Похибка через крен і нахил — коли літак здійснює маневри (повороти, зміни висоти), компас може показувати неправильний курс через інерцію стрілки.
    3. Південні та північні лаги — в північній півкулі під час повороту на схід чи захід компас може давати невелику похибку, яка є більша поблизу магнітних полюсів.

    Ці похибки компенсуються через застосування додаткових приладів, таких як гірокомпас або електронні навігаційні системи.

    Радіонавігація

    Наземні радіонавігаційні системи використовують радіосигнали для визначення місцезнаходження або напрямку. Ось кілька основних систем:

    1. VOR (VHF Omnidirectional Range)
      • Опис: Радіонавігаційна система, яка забезпечує інформацію про напрямок за допомогою радіосигналів на частоті VHF. Літак або транспортний засіб отримує сигнали від радіомаяка, що дозволяє визначити курс до або від маяка.
      • Застосування: Широко використовується в авіації для навігації по курсу.
    2. DME (Distance Measuring Equipment)
      • Опис: Система, яка вимірює відстань до радіомаяка на основі часу, за який радіосигнал проходить від приймача до маяка і назад.
      • Застосування: Використовується разом із VOR для надання інформації про відстань до радіомаяка, що допомагає визначити точне місцезнаходження.
    3. NDB (Non-Directional Beacon)
      • Опис: Радіомаяк, який випромінює сигнал на всіх напрямках. Літак або транспортний засіб використовує цей сигнал для визначення напрямку до маяка.
      • Застосування: Часто використовується в авіації для базової навігації і як резервний засіб у поєднанні з іншими системами.
    4. TACAN (Tactical Air Navigation)
      • Опис: Система, подібна до VOR/DME, але спеціально розроблена для військових літаків. Поєднує інформацію про напрямок і відстань.
      • Застосування: Широко використовується в військовій авіації для тактичної навігації.
    5. NDB/DME
      • Опис: Поєднання NDB і DME систем, яке забезпечує інформацію як про напрямок, так і про відстань до радіомаяка.
      • Застосування: Використовується в авіації для більш точної навігації.

    Електронні засоби

    В аеронавігації використовуються різні електронні засоби для точного визначення положення літака в просторі та забезпечення безпечного польоту. Ось основні з них:

    1. Гіроскопічні системи (AHRS) – ці системи використовують гіроскопи, акселерометри та магнітометри для визначення положення літака в просторі (нахил, крен, курс). AHRS (Attitude and Heading Reference System) замінює традиційні механічні інструменти, такі як штучний горизонт і гірокомпас.
    2. GPS (Глобальна система позиціонування) – використовується для визначення точних координат літака на основі сигналів супутників. Сучасні авіаційні GPS-системи забезпечують високу точність і надійність, що робить їх основним засобом навігації.
    3. Інерційна навігаційна система (INS) – працює на основі гіроскопів і акселерометрів для обчислення положення літака без необхідності зовнішніх сигналів. Це автономна система, яка може працювати у випадку відсутності сигналу GPS, але з часом може накопичувати похибки.

    Основні прилади в кабіні літака (Льотні та навігаційні прилади)

    ІКАО встановлює, що мінімально необхідними інструментами польоту та навігації є:

    Авіагоризонт

    Авіагоризонт — це гіроскопічний прилад, який показує екіпажу кути крену та тангажу.

    Авіагоризонт є вкрай важливим приладом, адже саме він дозволяє зрозуміти положення літака в просторі навіть в умовах низької видимості. Для індикації використовуються два кольори, розділені лінією «горизонту», що символізують землю та небо. Прилад також включає позначення літака, а також шкали крену та тангажу.

    Працює на основі гіроскопа (зберігає постійне положення при зміні положення літака).

    Авіагоризонти бувають двох типів:

    • Вид з землі на повітряне судно (західна індикація)
    • Вид з повітряного судна на землю (радянська індикація)

    Альтиметр

    Альтиметр – прилад, який використовується для визначення висоти польоту. Існує два основних способи вимірювання: барометричний та радіохвильовий. Відповідно є барометричний та радіовисотомір.

    Основний метод вимірювання висоти – барометричний. Він для вимірювання використовує зміну атмосферного тиску із висотою. Прилад вимірює тиск за бортом, обчислюючи висоту різниці з початковим тиском перед зльотом. Пілот встановлює початковий тиск, визначаючи нульовий рівень, наприклад рівень моря або аеродрому.

    Радіовисотомір вимірює висоту літака, відправляючи радіохвилі до землі та вимірюючи час їх повернення. Радіовисотомір доволі точно визначає висоту до ~1000 метрів та використовується в основному при вирівнюванні, базуючись на його даних працює, наприклад GPWS. Принцип схожий до роботи первинного радара.

    Вказівник повороту та ковзання

    Вказівник повороту та ковзання (turn coordinator) – гіроскопічний прилад, який визначає кутову швидкість літака відносно осі інерції.

    Індикатор використовує металевий м’ячик, який відстежує баланс поперечних сил та зміщується залежно від ковзання літака. Пілот повинен утримувати кульку в центрі для коректних маневрів.

    На практиці цього можна досягнути при комбінованому застосування елеронів та руля напряму, для виконання стабільних плавних розворотів.

    Вказівник повітряної швидкості

    Вказівник повітряної швидкості в літаку дозволяє визначити приладову швидкість, тобто швидкість літака відносно повітря в цей момент часу. Для вимірювання використовується трубка Піто, яка визначає тиск набігаючого потоку.

    Варіометр

    Вказівник вертикальної швидкості (варіометр) допомагає пілоту зрозуміти, чи знижується літак, чи навпаки перебуває в наборі висоти.

    Прилад також, як і висотомір, працює за барометричним принципом, використовуючи зміну тиску за бортом при наборі та зниженні. Працює з незначним запізненням.

    Вказівник курсу

    Вказівник курсу — прилад, який показує курс літака (heading, тобто куди дивиться ніс літака). Прилад не залежить від магнітного поля Землі (як магнітний компас, наприклад) і працює на основі гіроскопа.


    Індикатор відхилення курсу

    Індикатор відхилення курсу — бортовий пілотажно-навігаційний прилад, що показує відхилення між реальним курсом польоту літака і розрахунковим. При положенні повітряного судна ліворуч від заданої траєкторії вказівна стрілка відхиляється праворуч, і навпаки.

    Ешелонування


    Ешелонування – створення інтервалів по висоті і відстані між повітряними суднами з метою запобігання небезпечного зближення і можливих аварійних ситуацій.

    Контроль за ешелонування здійснює диспетчер у відповідності з діючими в країні нормативними документами, а при польотах за правилами візуальних польотів також і пілот повітряного судна. Таке ешелонування може здійснюватися в горизонтальній і вертикальній площинах.

    Вертикальним ешелонування називають розосередження повітряних суден в повітряному просторі на встановлені інтервали з метою запобігання зближення літаків і можливих аварійних ситуацій.  Для створення інтервалів вертикального ешелонування введено поняття ешелон. Це умовна висота, розрахована при стандартному тиску. 

    Ешелонування в зоні RVSM: історія та умови польотів


    Що таке RVSM

    RVSM (Reduced vertical separation minimum) – зменшений мінімум вертикального ешелонування.

    У районах RVSM стандартний вертикальний поділ між літаками скорочується з 2000 футів до 1000 футів в межах від рівня польоту 290 до 410 включно (FL290-FL410).

    Таким чином RVSM збільшує пропускну здатність повітряного простору, дозволяючи польоти більшій кількості літаків в обмеженій області. Також це дає змогу уникати турбулентності, займаючи доступні ешелони.

    Тобто якщо Non-RVSM ешелонами будуть:

    FL290, FL310, FL330, FL350, FL370, FL390, FL410

    То RVSM ешелонами стануть:

    FL290, FL300, FL310, FL320, FL330, FL340, FL350, FL370, FL390, FL400, FL410

    В Україні процедури RVSM також запроваджені та приведені у відповідність до міжнародних стандартів. Повітряні судна, які здійснюють польоти в повітряному просторі з RVSM в Україні, повинні дотримуватися встановлених висот і вимог щодо вертикального ешелонування, визначених українськими органами влади.

    Умови польотів в зоні RVSM

    Для польоту в повітряному просторі RVSM (Reduced Vertical Separation Minima) пілоти та літаки мають виконувати такі вимоги:

    1. Сертифікація літака: Літак повинен бути сертифікований і обладнаний системами вимірювання висоти та автопілотом згідно зі стандартами RVSM.
    2. Тренування пілота: Пілоти повинні отримати спеціальне навчання та дозвіл RVSM на свої ліцензії, щоб забезпечити розуміння процедур та вимог для польоту в повітряному просторі RVSM.
    3. Обслуговування та моніторинг: Літаки повинні проходити регулярне обслуговування та моніторинг для забезпечення точності та надійності систем вимірювання висоти та автопілота.

    Під час польоту в повітряному просторі RVSM пілоти несуть відповідальність за точне підтримання призначеної висоти.

    Якщо вам не дозволено літати в повітряному просторі RVSM, служба УПР повинна попросити вас витримувати ешелони нижче FL290 або попросити вас піднятися вище FL410 (за зоною RVSM).


    Що таке ешелон, шар та висота переходу в авіації

    При наборі висоти чи зниженні екіпажі літаків змінюють «рівень», відносно якого вони відштовхуються при вираховуванні висоти. Існують поняття «висота переходу» та «ешелон переходу». Далі розкажу, в чому різниця та про особливості.


    Висота переходу TA (Transition altitude)

    Висота переходу — встановлена висота, при досягненні якої екіпаж літака здійснює перехід на стандартне значення тиску QNE (1013hPa). Публікується в чартах, також подається в інформації ATIS в футах (подекуди в метрах).

    Простою мовою, висота переходу це знизу вверх, при переході встановлюємо 1013hPa.

    Шар переходу TL (Transition layer)

    Шар переходу — це повітряний простір між висотою та ешелоном переходу.

    Горизонтальний політ всередині transition layer заборонено.

    Ешелон переходу TRL (Transition level)

    Ешелон переходу — встановлений ешелон при зниженні, при досягненні якого екіпаж літака зобов’язаний перейти на значення QNH місцевості, або QFE аеродрому прибуття. Згадується в чартах, подається в складі ATIS, або авіадиспетчером.

    Ешелон переходу це зверху вниз, при переході встановлюємо QHH/QFE.

    Висота переходу в Україні має фіксоване значення: 10 000ft. Ешелон переходу не фіксоване значення і залежить від місцевого тиску QNH

    Класи повітряного простору

    Повітряний простір ділиться на класи, залежно від типу та інших умов. Контрольований повітряний простір існує в рамках окремих класів, де забезпечується диспетчерське обслуговування повітряного руху.

    Сумарно є 7 класів, а саме: A B C D E F і G.

    Серед них є класи контрольованого повітряного простору: A B C D E. В рамках повітряного простору цих класів надається диспетчерське та аварійне обслуговування та забезпечується ешелонування. Також для польотів вимагається ATC clearence.

    Клас консультативного повітряного простору: F. В його межах надається консультативне та аварійне обслуговування., проте вимагається подача плану польоту для рейсів, що виконуються по IFR (instrument flight rules ППП) . ATC clearence не вимагається. На сьогодні Class F мало де використовується.

    Класи неконтрольованого простору: G. Простою мовою, це клас повітряного простору, де в більшості виконуються VFR польоти. ATC clearence тут не потрібен, план польоту також. В його межах надається консультативне та аварійне обслуговування.

    Класифікація FAA та EASA: основні відмінності

    Як Європейське агентство з авіаційної безпеки (EASA), так і Федеральне авіаційне управління (FAA) класифікують повітряний простір на різні класи, однак існують певні відмінності.

    Класифікація повітряного простору України

    Повітряний простір України класифікується за стандартами Міжнародної організації цивільної авіації (ICAO) на кілька класів, кожен з яких має свої правила та вимоги до польотів. Класифікація повітряного простору визначає рівень контролю, який здійснюється над польотами, та права й обов’язки екіпажу повітряних суден у різних зонах.

    В Україні використовуються такі класи повітряного простору:

    1. Клас A:
      • Використовується лише для польотів за приладами (IFR — Instrument Flight Rules).
      • Всі літаки перебувають під контролем органів диспетчерського управління (ATC).
      • Візуальні польоти (VFR) в цьому класі заборонені.
      • Зазвичай це висотні повітряні траси або повітряні зони на великій висоті.
    2. Клас C:
      • Дозволені як польоти за приладами (IFR), так і візуальні польоти (VFR).
      • Всі польоти перебувають під контролем органів ATC, при цьому VFR-польоти повинні підтримувати двосторонній зв’язок з диспетчером.
      • Під час IFR-польотів забезпечується розділення повітряних суден, а VFR-польоти повинні уникати конфліктних ситуацій.
    3. Клас D:
      • Дозволені як IFR, так і VFR польоти.
      • Контролюються тільки IFR-польоти, але VFR-польоти також повинні підтримувати двосторонній зв’язок із диспетчером.
      • Розділення між VFR-польотами не забезпечується, але диспетчери надають інформацію про інші літаки.
    4. Клас G:
      • Неконтрольований повітряний простір, де польоти можуть виконуватись як за правилами IFR, так і VFR.
      • Диспетчерське управління не здійснюється, і пілоти самостійно забезпечують безпеку польотів.
      • Зазвичай це повітряний простір на низьких висотах або в районі аеродромів малої авіації.

    Інші зони

    Зони з особливим режимом польотів (TRA, TSA, R-Зони): Це спеціально виділені ділянки повітряного простору, де можуть діяти обмеження або заборони на польоти, пов’язані з військовими операціями, тренуваннями, заходами безпеки тощо.

    Ці класи повітряного простору визначаються для забезпечення безпеки та організації повітряного руху. Авіаційні органи України, зокрема Державна авіаційна служба України, регулюють повітряний простір у відповідності до цих стандартів і координують роботу з міжнародними авіаційними структурами.

    CTA, CTR, TMA

    Диспетчерський район (CTA – Controlled area)

    Контрольований повітряний простір, який простягається вгору від визначеної межі над землею.

    Диспетчерська зона (CTR – Controlled zone)

    Контрольований повітряний простір, що простягається вгору від поверхні землі до визначеної верхньої межі. Тільки контрольовані аеродроми мають CTR.

    Вузловий диспетчерський район (TMA – Terminal area)

    Встановлюється в районі аеродрому або кількох завантажених аеродромів, здебільшого встановлюється в Європі. В межах TMA STAR ​​та SID стикуються з повітряними трасами.