Информационные технологии на транспорте

Авиация

Самый "молодой" вид транспорта - авиационный. Ему чуть больше 100 лет. Первый пилотируемый полет самолета с двигателем внутреннего сгорания, работающим на керосине, братья Уилбер и Орвилл Райт совершили 17 декабря 1903 года. За 59 секунд полета первый пилот преодолел расстояние 250 метров со скоростью около 50 км/ч. Фюзеляж заменяла ферма, а кабины не было - летчик помещался внутри фермы и управлял рулями самолета с помощью веревочных тяг. Никаких приборов самолет не имел. Но уже в 1911-1912 годах конструктор Игорь Сикорский построил первый многомоторный самолет "Русский витязь", а затем "Илья Муромец". У этого самого большого тогда в мире самолета была полностью закрытая застекленная кабина для двух летчиков и пассажиров. На самолете "Илья Муромец" был осуществлен (правда, с несколькими промежуточными посадками) перелет из Петербурга в Киев.

Дальность и скорость полетов возрастала с каждым годом, и потребовалось оснастить самолеты целым рядом приборов для навигации сначала при дневных, а затем и при "слепых" полетах - ночных, в тумане и при сплошной облачности. Эти приборы разместили в кабине на приборном щитке пилота и штурмана.

Бортовые приборы помогают пилоту вести самолет. В зависимости от назначения они делятся на пилотажно-навигационные, приборы контроля работы авиадвигателей и сигнализационные устройства. Навигационные системы и автоматы (прежде всего, автопилот) освобождают пилота от необходимости непрерывно следить за показаниями приборов.

В группу пилотажно-навигационных приборов входят указатели скорости, высотомеры, вариометры, авиагоризонты, компасы, указатели положений самолета и др. К приборам, контролирующим работу авиадвигателей, относятся тахометры, манометры, термометры, топливомеры и др.

Пилотажно-навигационные приборы позволяют пилоту следить за положением самолета в воздушном пространстве и осуществлять необходимые воздействия на управляющие органы - рули, элероны и др. К таким приборам относятся указатели высоты, горизонтального положения, воздушной скорости, вертикальной скорости и высотомер.

Указатель пространственного положения - авиагоризонт - представляет собой гироскопический прибор. На нем имеется линия искусственного горизонта и символ самолета, меняющий положение относительно этой линии в зависимости от того, как сам самолет меняет положение относительно реального горизонта.

Высотомер определяет высоту над уровнем моря по зависимости атмосферного давления от высоты. Это барометр, проградуированный не в единицах давления, а в метрах.

При полете над горами используется радиовысотомер - прибор на базе радиолокатора.

Вариометр необходим для поддержания постоянной скорости подъема или снижения. Как и высотомер, вариометр представляет собой барометр. Он показывает скорость изменения высоты, измеряя статическое давление. Применяются также электронные вариометры. Вертикальная скорость самолета указывается в метрах в минуту.

Местонахождение самолета при полете в облаках, за облаками и ночью определяется с помощью панорамного радиолокатора кругового обзора.

Задачи навигации: нахождение оптимального маршрута (траектории), определение местоположения, направления и значения скорости и других параметров полета самолета. В аэронавигации используют астрономические, радиотехнические, геотехнические и светотехнические методы. Применяются астрономические, гироскопические компасы, радиокомпасы, радиопеленгаторы, авиасекстанты.

Вот как описывает приборную доску и навигационное оборудование самолета АНТ-25 (РД - рекорд дальности) Г.Ф. Байдуков ("Первые перелеты через Ледовитый океан: Из воспоминаний летчика"):

Г.Ф. Байдуков, В.П.Чкалов и А.В. Беляков накануне легендарного перелета

А.Н.Туполев, А.В.Беляков, В.П.Чкалов и Г..Ф. Байдуков накануне перелета

Почтовая марка СССР – Карта перелета 1937 г.

Знакомя будущего командира экипажа Валерия Павловича Чкалова с самолетом АНТ-25, Георгий Федорович Байдуков и штурман Александр Васильевич Беляков рассказывают: "по простому магнитному компасу в Центральной Арктике летать нельзя. Вот для этой цели мы делаем основным методом навигации не компасную, а астрономическую, а на территории США - радионавигацию... - пояснил Беляков.

И тут же показал солнечный указатель курса (СУК) конструкции инженера Сергеева. Затем открыл футляр с секстантом и с гордостью подержал в руке большой морской хронометр, без которого нельзя определить точное время в полете, что так необходимо в штурманских расчетах.

Беляков показал Валерию Павловичу бортовую радиостанцию самолета, способную держать связь на дальности до шести тысяч километров, и свое штурманское место, сиденье которого находилось на запасном бачке резервной воды, необходимой для дополнительного питания системы охлаждения двигателя.

Наконец, я усадил нашего друга на сиденье пилота, и он стал детально рассматривать приборную доску летчика: часы, указатель скорости, высотомер, вариометр, указатель поворота и скольжения, авиагоризонт, магнитный компас, гирополукомпас, указатель радиокомпаса, тахометр, альфометр, термометр масла, термометр воды в системах маслопитания и охлаждения двигателя, указатели давления масла и бензина, тумблеры навигационных огней, подкрыльных осветительных ракет на случай посадки ночью и другие приборы и указатели, а также различные рычаги управления".

Для облегчения работы пилота при длительных полетах на современных самолетах устанавливают автопилот, который точно выдерживает заданный курс, скорость, высоту и горизонтальное положение самолета без вмешательства человека.

Автопилота на самолете АНТ-25 еще не было, и В.П. Чкалов и Г.Ф. Байдуков пилотировали его по 12 часов подряд, по очереди сменяя друг друга, все 64 часа полета через Северный полюс в Америку.

Идея и схема автопилота на основе гироскопа были предложены К.Э. Циолковским в 1898 году. Разработал первый автопилот американский изобретатель Элмер Сперри. Наибольшую известность Сперри принесли его работы по применению гироскопа для решения навигационных задач. В 1910 году Сперри организовал компанию "Сперри джайроскоуп" и возглавлял ее до 1929 года. Он изобрел гирокомпас, который во многих применениях вытеснил магнитный компас. Разработал гиростабилизаторы с электроприводом, уменьшающие бортовую качку судна и удерживающие летящий самолет в горизонтальном положении. Сконструировал гироуправляемые торпеды, автопилоты для автоматического управления судами и приборы для обнаружения подводных лодок.

Элмер Сперри – изобретатель автопилота

Впервые полет самолета, автоматически управляемого автопилотом фирмы Сперри (США), был продемонстрирован на Всемирной выставке в Париже в 1914 году. Отечественный автопилот с пневматической исполнительной системой (АВП-1) был создан в 1932 году. Широко применяться автопилоты начали во время и после окончания второй мировой войны как в военной, так и в гражданской авиации, сначала на самолетах, а затем и на вертолетах.

Многие годы приборная доска самолета состояла из очень большого числа стрелочных приборов, следить за показаниями которых было для пилота и штурмана сложно и утомительно. Успехи электроники и компьютерной техники позволили достичь большей интеграции в конструкции приборной доски кабины экипажа и в авиационной электронике.

В современных бортовых приборах все больше информации выносится на общий монитор. Такой комбинированный (многофункциональный) индикатор дает возможность пилоту одним взглядом охватывать все объединенные в нем индикаторы. Полностью интегрированные цифровые системы управления полетом и жидкокристаллические индикаторы дают пилоту лучшее представление о пространственном положении и местоположении самолета, чем это было возможно ранее.

Новый тип комбинированной индикации - проекционный - дает пилоту возможность проецировать показания приборов на лобовое стекло самолета, тем самым совмещая их с панорамой внешнего вида. Такая система индикации применяется не только на военных, но и на некоторых гражданских самолетах.

Во время первой мировой войны был изобретен звукоулавливатель. Он применялся для обнаружения самолетов противника по шуму их моторов, наводки прожекторов, обеспечения стрельбы зенитной артиллерии и действий истребительной авиации. Но скорость самолетов быстро росла, и с помощью такого звукоулавливателя стало невозможным своевременно обнаружить самолеты противника. В конце 1930-х гг. на смену звукоулавливателю пришла радиолокация: метод обнаружения и определения местонахождения объектов посредством радиоволн. Эти волны излучаются радиолокационной станцией, отражаются от объекта и возвращаются на станцию, которая анализирует их, чтобы точно определить место, где находится объект.

Первым применением радиолокации были поиск и дальнее обнаружение бомбардировщиков противника. Перед Второй мировой войной Великобритания построила сеть радиолокационных станций дальнего обнаружения для защиты от внезапных воздушных налетов со стороны Ла-Манша. Сегодня более совершенные радиолокационные сети защищают от внезапного нападения авиации или ракет. Корабли и самолеты также оснащаются радиолокаторами. Это сделало возможным наведение истребителей на вражеские бомбардировщики с наземных радиолокаторов слежения или с корабельных радиолокаторов перехвата; можно также применять бортовые самолетные радиолокаторы для обнаружения, слежения и уничтожения техники противника. Бортовые радиолокаторы используются для поиска объектов над сушей или морем и для оказания помощи в навигации или при слепом бомбометании.

Ракеты с радиолокационным наведением оснащаются для выполнения боевых задач специальными автономными устройствами. Для распознавания местности на самонаводящейся ракете имеется бортовой радиолокатор, который сканирует земную поверхность и соответствующим образом корректирует траекторию полета. Радиолокатор, расположенный поблизости от противоракетной установки, может непрерывно отслеживать полет межконтинентальной ракеты.

На современных истребителях и бомбардировщиках применяется электронная система распознавания "свой/чужой". Эта кодовая система распознавания является одним из важнейших военных секретов государства.

На гражданских самолетах радиолокаторы используют для решения ряда задач, в том числе для определения высоты полета относительно земли. В аэропортах один радиолокатор служит для управления воздушным движением, а другой - для управления заходом на посадку. Он помогает пилотам посадить самолет в условиях плохой видимости.

Первые самолеты использовали для взлета и посадки любую ровную площадку - так невелика была их взлетная и посадочная скорость. У современных самолетов взлетная и посадочная скорость - 200-300 км/ч, а разбег при взлете и пробег после посадки составляет несколько сотен метров. Поэтому длина взлетно-посадочной полосы (ВПП) - около 3000 м. Для обеспечения посадки ночью и в плохую погоду на расстоянии около 1000 м от начала ВПП с обеих сторон устанавливают посадочные огни приближения - цепочку прожекторов по осевой линии полосы. Перпендикулярно огням приближения располагают 5-6 световых горизонтов - огней красного цвета. Они помогают пилоту осуществлять посадку под нужным углом к полосе. Кроме того, пилот при посадке ориентируется по радиомаякам: курсовой маяк указывает направление на осевую линию полосы, а глиссандный - задает траекторию снижения.

Аэродромный радиолокатор кругового обзора показывает на экране воздушную обстановку в зоне аэродрома: где, на каких высотах и с какой скоростью летят самолеты. С помощью такого локатора авиадиспетчер управляет движением и обеспечивает безопасное расстояние самолетов друг от друга. Управление движением самолетов осуществляется с высокой застекленной башни на аэродроме - командно-диспетчерского пункта.

Управление воздушным движением самолета (УВД) от взлета до посадки обеспечивает порядок и безопасность полетов в диспетчерском воздушном пространстве и обмен информацией между авиадиспетчерами и экипажами самолетов с использованием компьютеров и радионавигационных средств. Система УВД имеет сеть пунктов управления, в которую включены центры УВД на воздушных трассах, аэропортовые контрольно-диспетчерские пункты (КДП), центры авиадиспетчерской службы, радиолокационные станции дальнего действия и диспетчерские РЛС, радионавигационные станции и системы автоматизированного управления посадкой.

Самолет управляется в соответствии с правилами визуального полета (ПВП) или правилами полетов по приборам (ППП). Согласно ПВП, летчики, выполняя полет, обязаны следить за другими самолетами, не допуская столкновений, и не должны входить в зоны с низкой облачностью и плохой видимостью. ППП применяются летчиками, управляющими самолетом по приборам в соответствии с указаниями авиадиспетчера. Летчик может руководствоваться теми или иными правилами полета в зависимости от погодных условий, но при любых обстоятельствах он должен следить за показаниями приборов и выполнять государственные и международные авиационные правила. В целях безопасности гражданские воздушные лайнеры обычно используют ППП. Воздушное пространство делят на диспетчерское и неконтролируемое. Службы УВД осуществляют контроль в диспетчерском воздушном пространстве, в которое включают низкие и высотные воздушные трассы, диспетчерские зоны аэропортов и диспетчерские районы.

Воздушная трасса представляет собой коридор, границы которого отстоят на 6,5 км от осевой линии. Внутри этого коридора гарантируется безопасность полета самолета по приборам.

Диспетчерская зона - это воздушное пространство около аэропорта, ограниченное полусферой радиусом 8 км. В диспетчерских зонах крупных аэропортов обеспечивается безопасность полета самолетов в условиях плохой видимости.

Диспетчерский район аэропорта - это обслуживаемая диспетчерской службой часть воздушного пространства, выходящая за пределы воздушных трасс и диспетчерских зон. Диспетчерский район позволяет отделить летчиков, работающих по ПВП, от летчиков, использующих ППП.