Как найти скорость самолета относительно земли

Стартуем с азов: скорости большинства современных самолётов измеряются в узлах. Узел — это морская миля (1.852 км) в час. Связано это с навигационными задачами которые пришли ещё со времён мореплавателей. Морская миля — это минута широты.

Приборная скорость отображается в левой колонке на главном пилотажном дисплее (PFD), здесь же индицируются взлётные скорости V1, Vr и V2. На навигационном дисплее отображаются скорости TAS (истинная скорость) и GS. Давайте разберём каждую скорость по отдельности.

Для начала изучим приборную скорость (IAS). Если вы во время полёта спросите пилота: «Какова наша скорость?» — в первую очередь он укажет вам на индикатор скорости слева от авиагоризонта на главном пилотажном дисплее (PFD). При пилотировании это, пожалуй, наиболее важная скорость, именно она характеризует несущие свойства планера в текущей момент, независимо от высоты полёта. Именно по ней исчисляются взлетные, посадочные, V-сваливания и другие ключевые скорости самолёта.

Каким же образом определяется приборная скорость? На самолетах установлены приемники воздушного давления (ПВД) они же трубки Пито (Pitot tubes). Исходя из динамического давления, замеренного с их помощью, и рассчитывается приборная скорость.

Важный момент, в формуле расчёта приборной скорости используется константа, стандартное давление на уровне моря. А вы же помните, что с увеличением высоты, давление изменяется? Соответственно, приборная скорость совпадает со скоростью относительно земли только у поверхности.

Ещё один интересный факт: какой образ вам приходит в голову, когда вы слышите о пионерах авиации? Кожаная коричневая куртка, шлем с очками и длинный белый шелковый развивающийся шарф. Согласно некоторым легендам, шарф и был первым примитивным индикатором приборной скорости!

Теперь рассмотрим верхний левый угол навигационного дисплея. Здесь отображается наша скорость относительно земли GS (Ground Speed). Это та самая скорость, которую докладывают пассажирам во время полёта. Она определяется, в первую очередь, по данным от спутниковых систем, таких, как GPS. Также её используют для контроля при рулении, так как при малых скоростях на трубки Пито не создаётся достаточный динамический напор для определения IAS.

Чуть правее TAS (True Air Speed) — истинная воздушная скорость, скорость относительно окружающей самолет воздушной среды. Все фотографии сделаны примерно в один момент времени. Как видите, скорости значительно различаются между собой.

Приборная скорость IAS составляет чуть менее 340 узлов. Истинная скорость относительно воздуха TAS — 405 узлов. Скорость относительно поверхности GS — 389. Теперь-то, я думаю, вы понимаете, почему они отличаются.

Также хочу ещё отметить число Маха. Немного упрощая, это скорость тела относительно скорости звука в данной среде. Она отображается под колонкой приборной скорости и составляет в нашей ситуации 0,637.

Теперь обсудим взлётные скорости. Три основных взлётных скорости V1, Vr и V2, обозначения стандартны для всех самолетов, которые имеют больше одного двигателя, начиная с малютки Beechcraft 76 и заканчивая гигантом Airbus A380, они всегда располагаются именно в такой последовательности. Давайте представим, что наш A320 стоит на полосе, чеклист выполнен, разрешение диспетчера получено, мы полностью готовы к взлёту.

Вы перемещаете рычаги управления двигателями на 40%, убеждаетесь в стабилизации оборотов и устанавливаете взлетный режим. Первой будет достигнута скорость V1 (148 узлов в наших условиях). Это скорость принятия решения, проще говоря, после достижения V1, взлёт уже не может быть прерван, в том числе, в случае серьезного отказа. Даже если у вас отказал двигатель, а V1 уже достигнута, вы должны продолжать взлёт. До V1 в этой ситуации вы инициируете процедуру прерванного взлёта, включаете реверс, срабатывает автоматическое торможение, выпускаются спойлеры, и вы успеваете остановиться до конца полосы.

Но у нас всё хорошо, двигатели работают штатно и, после V1, пилотирующий пилот убирает руку с рычагов управления двигателями. Приближается скорость Vr (rotate speed, 149 узлов). На этой скорости пилотирующий пилот тянет штурвал (в нашем случае sidestick) на себя и поднимает носовую стойку шасси в воздух.

В это же мгновение наступила V2, в нашей ситуации Vr и V2 скалькулировались одинаковыми, но зачастую V2 превосходит Vr. V2 — безопасная скорость. В случае отказа одного из двигателей будет поддерживаться именно V2, она гарантирует безопасный градиент набора высоты. Но, как вы помните, у нас всё замечательно, активен режим SRS, и поддерживается скорость V2+10 узлов.

На PFD во время взлёта V1 обозначена голубым треугольником, точкой цвета маджента — Vr, треугольником цвета маджента — V2.

Итак, вы узнали, что же такое взлетные скорости и с чем их едят, а теперь давайте узнаем, как их готовить, и от чего же они всё-таки зависят. Сейчас мы уже подняли наш прекрасный A320 в воздух, но давайте отмотаем время немного вспять.

Представим, что мы готовимся к вылету, и настало время рассчитать скорости V1, Vr и V2. На дворе 21 век, и чудеса прогресса подарили нам электронный лётный портфель (EFB — специально обученный iPad с необходимым комплектом софта) Какую же именно информацию нужно внести в этот портфель, чтобы магия единичек и ноликов рассчитала нам скорости? Прежде всего, длину взлетной полосы. Мы с вами готовимся к вылету с полосы 14 правая столичного аэропорта Домодедово. Её длина 3500 метров.

Настаёт момент истинны. Вносим нашу взлетную массу и центровку. Решаем, можем ли мы вообще взлететь с этой полосы, или придётся оставить пару сотен бутылок из дьюти фри и четырёх самых тучных пассажиров на земле

Поскольку 3500 метров — это более, чем достаточно для взлёта, продолжаем вносить данные. На очереди Превышение аэродрома над уровнем моря, Составляющая ветра, Температура воздуха, Состояние полосы (мокрая/сухая), Взлётный режим тяги, Положение закрылок, Использование паков (система кондиционирования) и антиобледенительных систем. Вуаля, скорости готовы, осталось только внести их в MCDU.

Окей, мы обсудили расчёт скоростей с использованием электронного лётного портфеля, но если вы перед рейсом слишком много кидались злыми птичками или, что совсем для пилота зазорно, в танки играли и разрядили свой чудо-девайс? А если вы представитель школы обскурантизма и отрицаете прогресс? Вам предстоит увлекательнейший квест в мир документов с пугающими названиями и содержащимися в них таблицами и графиками.

Для начала проверяем, взлетим ли мы с выбранной полосы: открываем график, в котором по осям разложены необходимые переменные. Ведём пальчиком до пересечения, и, если искомое значение внутри графика, попытка обещает быть удачной.

Далее берём следующий документ и начинаем вычислять V1 Vr и V2. Исходя из веса и выборной конфигурации, получаем значения скоростей. Перемещаясь от таблички к табличке, вносим коррективы, в зависимости от ячейки прибавляем или отнимаем несколько узлов.

И так раз за разом, пока не получите все значения, а их много. Прямо как в первом классе — пальчик передвинул, символ прочитал. Очень занимательно.

Осталось совсем немного: взлететь, на тысяче футов включить автопилот и подождать ещё совсем чуть-чуть. А там уж девчонки касалетки с кормом принесут и можно будет погрузится в школьные воспоминания. А аэрбас сам хорошо летит, главное — не мешайте ему.

Но что-то мы опять замечтались. А тем временем мы оторвались от земли, удерживаем скорость V2+10 узлов и даже успели убрать шасси, чтобы они не мёрзли. На верху ведь холодно, помните?
Набирать высоту мы будем без применения процедур по уменьшению шума, пусть все знают, что мы взлетели! Снова старушки на верхних этажах начнут энергично креститься, а дети радостно указывать пальцем в небо на наш блестящий в лучах солнца лайнер.

Не успели мы и глазом моргнуть, как добрались до высоты 1500 футов. Настало время переводить Рычаги Управления Двигателями в режим Climb. Нос опускается ниже, и мы начинаем разгоняться до скорости S-speed, на ней убираем механизацию (Flaps 0), следующий скоростной рубеж — 250 узлов.
10 000 футов, Нос опускается ещё ниже, скорость продолжает увеличиваться быстрее, а высота — медленнее. Выключаем Landing Lights, а самые нетерпеливые уже держат руку на готове для отключения табло «пристегните ремни».

Top of climb, достигнут заданный эшелон полёта, самолет выравнивается, идём с крейсерской скоростью. Самое время пополнить запас калорий!

Ужин на высоте нескольких километров с панорамным видом на окрестности — это прекрасно. Да, еда не тянет на звезду мишлен, зато счёт вам оплатят! Но всё хорошее, как известно, имеет свойство заканчиваться, вот и нам пора снижаться. Опускаем нос, начинаем снижение. После 10 000 футов скорость падает до 250 узлов, продолжаем снижать высоту.

Настало время переходить в фазу подхода (approach phase). При помощи магии аэрбаса (который сам посчитал все скорости) замедляемся до Green dot speed (скорость чистого крыла). Лететь на этой скорости для нас максимально экономично, но вы же помните, что всё хорошее имеет свойство…

Выпускаем закрылки в первое положение, скорость гасится до S-speed. Далее — закрылки 2 и плавно достигаем F-speed. Закрылки 3 и, наконец, закрылки полностью, замедляемся до Vapp. Vapp — минимальная скорость (VLS), но с поправкой на ветер и порывы (минимум 5 максимум 15 узлов).

1000 футов, проверяем соблюдение критериев стабилизированного захода, и, если все в норме, продолжаем снижение. Перед касанием самолет продемонстрирует своё отношение к вам, провозгласив «Retard! Retard! Retard!»» (если вы не сильны в англоязычных обзывательствах, можете воспользоваться интернет-словарём urbandictionary). Устанавливаем малый газ (Idle) и через мгновение мягко касаемся полосы.

1. ДАТЧИКИ
   ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОЛЕТА

   1. Назначение
      датчиков измерения скорости полета

Полет
самолета характеризуется рядом
параметров одним, из которых является
скорость.

Скорость
полета самолета можно измерить по
отношению к воздушной среде или
относительно Земли, причем можно
рассматривать как горизонтальную, так
и вертикальную составляющие скорости.
Различают следующие скорости полета:
истинную
воздушную, приборную, путевую и
вертикальную.

Истинной
воздушной скоростью
называется скорость движения самолета
относительно воздушных масс.

Приборной
(индикаторной) скоростью
называется
истинная воздушная скорость, приведенная
к нормальной плотности воздуха. Если
полет происходит при нормальной плотности
воздуха (ρ
= 1,225 кг/м³),
то приборная скорость совпадает с
истинной.

Путевой
скоростью
называется горизонтальная составляющая
скорости движения самолета относительно
Земли. Путевая скорость равна геометрической
сумме горизонтальных составляющих
истинной воздушной скорости и скорости
ветра.

Вертикальной
скоростью
называют вертикальную составляющую
скорости движения самолета относительно
Земли.

Приборная
(индикаторная) скорость позволяет с
определенной точностью судить о величине
скоростного напора в полете, от величины
которого зависят аэродинамические
силы, действующие на самолет, характеристики
устойчивости и управляемости и главное
– минимальная безопасная скорость
полета. Т.е., информация о величине
приборной скорости необходима летчику
для пилотирования. Информация об истинной
воздушной и путевой скоростях требуется
для решения задач самолетовождения.

На
самолетах уходящего поколения
высотно-скоростные параметры представлялись
летчику на приборах, конструктивно
совмещавших измерительную и индикаторную
части. Приборы, чаще всего, состояли из
датчика и указателя, размещенных или в
одном корпусе, или соединенных между
собой дистанционной передачей. Датчик
измерял и преобразовывал информацию в
электрический сигнал, а указатель
представлял ее на лицевой панели прибора.

На
современных ВС,
где отображение полетной информации
производится на экранах многофункциональных
дисплеев, традиционное понимание
приборов, как измерительных устройств
с отображением информации, уходит в
прошлое. На их место приходят информационные
комплексы высотно-скоростных параметров
(ИК
ВСП).
ИК
ВСП
принимает и измеряет необходимый
параметр (в нашем случае – скорость),
преобразует его в сигнал “удобный”
для восприятия вычислительной системой
самолетовождения (ВСС).
ВСС,
в свою очередь, решает задачи по обработке
и передаче информации о том или ином
параметре (скорости, высоте и т.д.) на
индикацию и в системы которые в этой
информации нуждаются.

Изменение
формы решения задачи индикации
высотно-скоростных параметров, тем не
менее, не отменяет методов их измерения.

1. Методы измерения скорости полета

К основным методам
измерения скорости относятся:

• аэрометрический
  метод,
  основан на измерении скоростного
  (динамического) напора воздуха,
  функционально связанного со скоростью
  полета;

• доплеровский
  метод
  измерения скорости полета, который
  сводится к измерению доплеровского
  сдвига частот отраженного от земли
  радиосигнала;

• инерциальный
  метод, основан
  на измерении ускорений и однократном
  интегрировании полученных сигналов.
  При этом соответствующие составляющие
  ускорения движения самолета определяются
  с помощью акселерометров (датчиков
  измерения ускорений). Этот метод
  позволяет определять, помимо путевой
  скорости, координаты местонахождения
  самолета, истинный курс, путевой угол
  и ряд других параметров. Инерциальный
  метод нашел самое широкое применение
  в авиации, прежде всего, для решений
  вопросов навигации, для определения
  местоположения самолета – в инерциальных
  навигационных системах и будет рассмотрен
  ниже.

Для
решения же задач пилотирования и
самолетовождения (частично) вышеперечисленные
виды скоростей определяются ИУ,
в основу построения которых положены
первые два метода измерения, а именно
барометрический и доплеровский. Причем
первый из них имеет главенствующее
значение. Аэрометрические давления к
ним подводятся от приемников воздушных
давлений (ПВД).

1. Приемники
   воздушных давлений

Для
правильного функционирования
пилотажно-навигационных ИУ,
основанных на измерении параметров
встречного потока воздуха, к ним
необходимо подвести полное и статическое
давления, что осуществляется через ПВД,
расположенные
вне самолета. Такой приемник представляет
собой совокупность двух концентрических
трубок (рис.10.1).
Внутренняя трубка открыта с торца
навстречу потоку и служит для восприятия
давления воздуха при полном торможении,
т. е. с помощью этой трубки получают
полное давление р_п.
Внешняя
трубка с торца закрыта, но имеет ряд
отверстий на боковой поверхности. Эти
отверстия должны располагаться в зоне
неискаженного статического давления.

Рис. 10.1. Принципиальная
схема приемника полного и статического
давлений

Приемник
полного давления выполняется в виде
трубки, направленной открытым концом
навстречу воздушному потоку (рис.
10.2).

Приемники
статического давления исполняются в
следующих вариантах:

а) в
виде отверстий, расположенных на
поверхности фюзеляжа самолета в таких
точках, где давление равно статическому;
при этом для повышения жесткости обшивки
фюзеляжа на ней располагаются плиты со
статическими отверстиями, соединенными
внутри самолета с трубопроводами,
подводящими статическое давление к
соответствующим приборам;

б) в
виде укрепленного на крыле или фюзеляже
самолета вытянутого цилиндра, ось
которого направлена вдоль воздушного
потока, а на поверхности, в точках, где
давление равно статическому, сделаны
отверстия.

Рис. 10.2. Приемник полного
давления:

1
– камера; 2
– козырек;
3
– дренажное отверстие;
4
–
корпус; 5
–
обогревательный элемент;
6
– трубка; 7,
8
– соединительные провода; 9
– камера;
10
– штепсельный разъем;
11
– штуцер,
12
–
трубопровод; 13
–
фланец; 14
–
прокладка

На
рис. 10.3
показан вариант ПВД,
принимающего как статическое, так и
полное давления. На поверхности цилиндра
имеется утолщение – компенсирующий
контур (аэродинамический компенсатор),
имеющее форму двух встречных конусов
и предназначенное для выравнивания
статического давления на поверхности
контура при определенных режимах полета.

Внутри
приемника имеются три герметичные
камеры, сообщающиеся с расположенными
на поверхности приемника отверстиями
С₁,
С₂
и
С₃
и выведенные соответственно на штуцера
1,
2
и
3.
Кроме
того, в передней части приемника

Рис. 10.3.
Приемник воздушного
давления (ПВД)
с компенсирующим контуром

имеется
центральное отверстие П,
воспринимающее
полное давление, выведенное на штуцер
4.

Особенностью
данного типа ПВД
является то, что при полете с дозвуковой
скоростью давление в камере С₃
близко к статическому, а в камерах C₁
и С₂
значительно
отличается от него; при полете же со
сверхзвуковой скоростью давление в
камере С₃
значительно отличается от статического,
но при этом давления в камерах С₁
и
С₂
близки к статическому. Поэтому при
полете на дозвуковых скоростях
используется камера С₃,
а на сверхзвуковых скоростях – камера
С₁
или С₂.
Перевод магистрали статического давления
на питание от той или другой камеры
производится автоматически с помощью
пневматического переключателя,
срабатывающего при переходе скорости
через скорость звука.

Точность
воспроизведения статического давления
зависит от геометрической формы и
размеров компенсирующего контура (углов
α,
β
и диаметра D),
а
также от расстояния между приемником
и самолетом. Поэтому приемники выпускаются
в различных модификациях, отличающихся
величинами α,
β,
D,
кроме
того, подбирается оптимальное расстояние
между ПВД
и самолетом.

На
больших самолетах, в целях повышения
надежности, устанавливают несколько
приемников полного и статического
давлений.

Соседние файлы в папке ТЕМА 10

• #
• #

Что такое воздушная скорость?

Воздушная скорость – скорость самолета относительно воздуха. Другими словами: как быстро движется самолет относительно воздуха.

Существует несколько мер воздушной скорости. Приборная (IAS) и истинная (TAS) скорости чаще всего используются при полетах в ИВАО.

Как ее измерить?

Скорость отображается в полете на указатели скорости. Он подключен к приемнику воздушного давления (ПВД) за бортом самолета и соотносит давление набегающего потока воздуха с давлением неподвижного воздуха. Приемник воздушного давления называют трубкой Пито, он расположен вдали от нестабильных потоков воздуха (вдали от винтов и прочих узлов, вызывающих завихрения воздуха).

Прибор

Основной способ измерения скорости – измерение динамического давления воздуха. Это давление соответствует скорости воздуха около самолета.

Истинная воздушная скорость, True Airspeed : TAS

Фактическая скорость самолета относительно воздуха
TAS используют для планирования полета и навигации. С ее помощью рассчитывают расчетное время прибытия и отклонения.
Примечание: см. так же GS (Путевая скорость)

Приборная воздушная скорость, Indicated Airspeed : IAS

Это воздушная скорость отображаемая на приборе. Эта скорость идентичная TAS при нормальных условиях (давление 1013.25 hPa и 15° C)
IAS – скорость для безопасного управления самолетам. Скорость сваливания и скорости ограничения использования закрылков и шасси – приборные скорости.

Эффект высоты

С увеличение высоты уменьшается давление и температура. Т.е при постоянной приборной скорости в наборе истинная будет расти.

Значение истинной скорости невозможно измерить, но оно может быть вычислено исходя из приборной скорости, давления и температуры.

Аэродинамический эффект

Для пилота важно только то, как скорость влияет на поведение самолета. Приборная скорость наилучшим образом отражает аэродинамический эффект. Однако с изменением высоты увеличивается погрешность из-за изменений характеристик сжатия воздуха. Из-за  этого эффекта на больших высотах требуется немного большая скорость. Скорость, которая учитывает этот эффект – эквивалентная скорость.

Эквивалентная скорость, Equivalent Airspeed : EAS

Эта скорость нигде не используется в самолете. Ее используют только инженеры для проектирования узлов самолета.

Путевая скорость, GROUND SPEED (GS)

Путевая скорость  — это истинная скорость с учетом ветра и показывающая скорость самолета относительно земли. Она отображается на FMS или GPS и может быть вычислена из истинной скорости, если известны сила и направление ветра.
Эта скорость нужна для расчета времени прибытия.

Пример: Ваша TAS 260 узлов и встречный ветер 20 узлов . Ваша путевая скорость 260-20 = 240 узлов. Это значит, что вы пролетаете 4 мили в минуту (240/60). 
 

Число Маха

Число Маха – скорость самолета относительно скорости звука. Величина безразмерная и относительная. Она вычисляется как скорость объекта относительно среды, деленная на скорость звука в этой среде:

где — число Маха;   скорость в этой среде и скорость звука в этой среде.

Число Маха обычно используют выше эшелона 250 (7500 метров).

Другие скорости

a) ВЗЛЕТ:

V1 = До достижения скорости V1 пилот может прекратить взлет. После V1, пилот ДОЛЖЕН взлететь.

VR = скорость, при которой пилот, действуя на органы управления самолета, увеличивает тангаж и взлетает.

V2 = безопасная скорость, которой нужно достигнуть на 10 метрах.

b) ЭШЕЛОН :

Va = Скорость, при которой самолет будет полностью управляемым.

Vno = Максимальная крейсерская скорость.

Vne = Недостигаемая скорость.

Vmo = Максимально допустимая скорость.

Mmo = Максимально допустимое значение числа Маха.

c) ЗАХОД и ПОСАДКА :

Vfe = Максимальная скорость с выпущенными закрылками.

Vlo = Максимальная скорость для использования шасси.

Vle = Максимальная скорость с выпущенными шасси.

Vs = Скорость сваливания (с максимальным весом)

Vso = Скорость сваливания с выпущенными шасси и закрылками (с максимальным весом)

Vref = Посадочная скорость  = 1.3 x Vso

Минимальная скорость на чистом крыле = минимальная скорость с убранными шасси, закрылками и воздушыми тормозами, обычно примерно 1.5 x Vso.

Минимальная скорость захода на посадку = Vref (см. выше), 1.3 x Vso.

From Wikipedia, the free encyclopedia

Ground speed is the horizontal speed of an aircraft relative to the Earth’s surface.^[1] It is vital for accurate navigation that the pilot has an estimate of the ground speed that will be achieved during each leg of a flight.

An aircraft diving vertically would have a ground speed of zero. Information displayed to passengers through the entertainment system of airline aircraft usually gives the aircraft ground speed rather than airspeed.

Ground speed can be determined by the vector sum of the aircraft’s true airspeed and the current wind speed and direction; a headwind subtracts from the ground speed, while a tailwind adds to it. Winds at other angles to the heading will have components of either headwind or tailwind as well as a crosswind component.

An airspeed indicator indicates the aircraft’s speed relative to the air mass. The air mass may be moving over the ground due to wind, and therefore some additional means to provide position over the ground is required. This might be through navigation using landmarks, radio aided position location, inertial navigation system, or GPS. When more advanced technology is unavailable, an E6B flight computer may be used to calculate ground speed. Ground speed radar can measure it directly.

Ground speed is quite different from airspeed. When an aircraft is airborne the ground speed does not determine when the aircraft will stall, and it doesn’t influence the aircraft performance such as rate of climb.

See also[edit]

• ICAO recommendations on use of the International System of Units

References[edit]