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第17章 空中飞行器的管理

飞机导航系统

飞机导航系统是确定飞机的位置并引导飞机按预定航线飞行的整套设备(包括飞机上的和地面上的设备)。早期的飞机主要靠目视导航。20世纪20年代开始发展仪表导航。飞机上有了简单的仪表,靠人工计算得出飞机当时的位置。20世纪30年代出现无线电导航,首先使用的是中波四航道无线电信标和无线电罗盘。20世纪40年代初开始研制超短波的伏尔导航系统和仪表着陆系统。20世纪50年代初惯性导航系统用于飞机导航。20世纪50年代末出现多普勒导航系统。20世纪60年代开始使用远程无线电罗兰C导航系统,作用距离达到2000千米。为满足军事上的需要还研制出塔康导航系统,后又出现伏尔塔克导航系统及超远程的奥米加导航系统,作用距离已达到10000千米。1963年出现卫星导航,20世纪70年代以后发展全球定位导航系统。导航的关键在于确定飞机的瞬时位置。确定飞机位置有目视定位、航位推算和几何定位三种方法:目视定位;航位推算;几何定位。飞机导航系统依工作原理的不同可分为多种:

仪表导航系统:仪表导航系统是利用飞机上简单仪表所提供的数据通过人工计算得出各种导航参数。这些仪表是空速表、磁罗盘、航向陀螺仪和高度表等。后来由人工计算发展为自动计算而有了自动领航仪。各种简单仪表也逐渐发展成为航向姿态系统和大气数据计算机等。

无线电导航系统:无线电导航系统是利用地面无线电导航台和飞机上的无线电导航设备对飞机进行定位和引导。无线电导航系统按所测定的导航参数分为五类:测角系统;测距系统;测距差系统;测角测距系统;测速系统。作用距离在400千米以内的为近程无线电导航系统,达到数千千米的为远程无线电导航系统,1万千米以上的为超远程无线电导航系统和全球定位导航系统。全球定位导航则借助于导航卫星。此外,利用定向和下滑无线电信标可组成仪表着陆系统。

惯性导航系统:利用安装在惯性平台上的,3个加速度计测出飞机沿互相垂直的3个方向上的加速度,由计算机将加速度信号对时间进行一次和二次积分,得出飞机沿3个方向的速度和位移,从而能连续地给出飞机的空间位置。测量加速度也可不采用惯性平台,而把加速度计直接装在机体上,再把航向系统和姿态系统提供的信号一并输入计算机,计算出飞机的速度和位移,这就是捷联式惯性导航系统。

天文导航系统:天文导航系统以天体为基准,利用观测天体信息来确定飞行器的运动参数,以实现导航功能的系统。

组合导航系统:由以上几种导航系统组合起来所构成的性能更为完善的导航系统就是组合导航系统。

飞行记录器

飞行记录器是飞行器中用以记录多种飞行信息的仪器。又称飞行数据记录器,俗称黑匣子。飞行记录器所记录的信息主要用于事故分析、视情维修、飞行试验。世界上很多国家都规定民航飞机必须安装供事故分析用的飞行记录器。它可记录飞机失事前30分钟内飞机的飞行高度、速度、航向、俯仰姿态、机内对话和时间等数据,为分析事故原因提供依据。供视情维修、飞行试验的记录器则按任务要求和飞机类型而定。飞行试验是飞行器研制和理论研究中的重要试验手段。飞行试验中的数据除一部分靠无线电遥测发回地面外,其余均用飞行记录器记载下来,供分析研究。飞行记录器有刻箔式、光学示波器式、摄影式和磁带式等。磁带记录器记录容量大、精度高,易于与数字计算机接口进行自动数据处理。为了保证安全回收,记录器要求耐撞击、密封、耐高温等,对于黑匣子更有特别严格的技术要求和苛刻的环境要求。

盲降

盲降是仪表着陆系统的俗称。因为仪表着陆系统能在低天气标准或飞行员看不到任何目视参考的天气下,引导飞机进近着陆,所以人们就把仪表着陆系统称为盲降。仪表着陆系统是在20世纪40年代末和精密进近雷达几乎同时发展起来的着陆系统。到20世纪60年代末,它的精度和可靠性都超过了精密雷达系统。仪表着陆系统的地面系统由航向台、下滑台和指点信标三个部分组成。飞机上的系统是由无线电接收机和仪表组成,它的任务是给驾驶员指示出跑道中心线并给出按照规定的坡度降落到跑道上的航路。

航向台:航向台是一个甚高频发射台,位于跑道中心线的延长线上,通常距跑道端300~500米。它发射两个等强度的无线电波束,称为航向信标波束,使用的频率为108.10~111.95兆赫,两个波束分布在沿跑道中心线的两侧,使用两种调幅频率,左侧是90赫兹调幅,右侧是150赫兹调幅。飞机的接收机收到90赫兹的电波强于150赫兹电波时,表明飞机在跑道左侧,表上指针指向右,飞机要向右调整;反之收到150赫兹的电波强于90赫兹时飞机应向左调整。如果收到的两个电波强度相等,机上的仪表着陆系统的仪表指针指在正中,说明飞机飞在跑道中心线向上延伸的垂直平面上,飞机可沿着波束方向准确地在跑道中线上着陆。信标波束作用距离为25海里,在10海里距离内是一个与水平成3度上仰的很窄的波束。航向台发射的波束在天线的背面也能收到,但比正面要弱,天线正面的叫前航道,背面叫后航道,通常飞机都使用前航道降落,在特定情况下,(如风向不利)也可以用后航道降落。

下滑台:航向台提供了飞机下降时的水平导航(航向导航),下滑台向飞机提供垂直导航,下滑台在跑道一侧500英尺,离跑道的进近端1000英尺,它使用的频率在325~329兆赫之间,和航向台的波束相似。下滑道信标波束也是两个强度相等的波束,分布在与地平面成3度的下滑道的上、下两侧,在下滑道上侧是以90赫兹调幅,在下滑道下侧是用150赫兹调幅。飞机下降坡高于下滑道,则90赫兹的电波强,仪表指针向下,驾驶员使飞机机头向下;反之,如150赫兹电波强,飞机则应升高;当两束电波强度相当,飞机则保持正常的3度坡度下降,平稳地降在跑道上。

指点信标:为了使驾驶员在降落时准确知道飞机所在位置,仪表着陆系统一般设置三个指点信标,使用75兆赫电波,每个信标信号有自己的编码。外指点标距跑道端5海里,飞机飞越它时,驾驶舱内相应的蓝灯闪亮并有400赫兹的声音信号。中指点标的位置距跑道端0.5海里,飞机飞越它上空时琥珀色的灯闪亮,并有1300赫兹的声音信号提醒驾驶员注意,这时飞行的高度约为60米。内指点标的位置离跑道端只有300米,飞机通过它时高度只有30米,这是二类仪表着陆的决断高度,通过时驾驶舱的白灯闪亮并有3000赫兹声音警告信号。

微波着陆系统

由于空中流量的迅速增加,仪表着陆系统在地形要求上,飞机进入下滑道的时间上以及波段频率的分配上对流量的增大都有限制。在20世纪70年代开发了微波着陆系统,国际民航组织也推荐这一系统,作为20世纪90年代末逐步取代现有的仪表着陆系统的标准系统。20世纪80年代末,在北美和欧洲已经有微波着陆系统在使用。微波着陆系统使用5031~5091兆赫的频段,这是超高频波段,不易受干扰,而且频道数目为仪表着陆系统的5倍。它的组成部分与仪表着陆系统类似,它以方位发射机发射相当于仪表着陆系统中的航向道波束,以确定飞机的横向位置,它的高度发射机发射出相当于仪表着陆系统中的下滑道波束的垂直导航波束,驾驶员可选择的下滑坡度范围在3度~15度之间,同时微波着陆系统使用精密测距仪为驾驶员提供准确的距离信号以取代仪表着陆系统的指点标系统。

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