Пілотажні елементи. Навігація і пілотування є процесами управління рухом ВС. Щоб описувати цей рух, використовуються величини, звані навігаційними та пілотажними елементами.
Пілотажні елементи - це скалярні величини, що характеризують кутове положення ВС в просторі.
Оскільки простір трехмерно, ВС, як і будь-яке тіло, можна обертати навколо трьох перпендикулярних осей. Тому кутове положення ВС характеризують три величини: крен, тангажу і курс (рис.2.23).
Крен (roll) # 967; - це кут між горизонтальною площиною і поперечною віссю ВС.
Тангажу (pitch) - кут між горизонтальною площиною і поздовжньою віссю ВС. Якщо він позитивний, «ніс» ВС піднятий вгору, а якщо від'ємний - опущений вниз.
Мал. 2.23. пілотажні елементи
Курс (heading) # 947; - кут в горизонтальній площині, укладений між напрямком, прийнятим за початок відліку і проекцією на цю площину поздовжньої осі ВС.
Якщо поздовжня вісь ВС горизонтальна (тангажу дорівнює нулю), то можна сказати простіше, що курс - це кут, між напрямком, прийнятим за початок відліку, і поздовжньою віссю літака.
Вимірюється курс, як і пеленг, за годинниковою стрілкою від 0 ° до 360º. Як спрямовуючу силу початку відліку використовується північний напрямок меридіана - істинного, магнітного або будь-якого іншого.
До пілотажним елементам можна віднести і похідні крену, курсу і тангажу, тобто кутові швидкості їх зміни, але вони нам не знадобляться.
Навігаційні елементи. Навігаційні елементи - скалярні величини, що характеризують стан і переміщення ВС в просторі. Відповідно вони поділяються на навігаційні елементи положення і навігаційні елементи руху.
Навігаційні елементи положення - це величини, які показують, в якій точці простору знаходиться ВС. Очевидно, що навігаційні елементи положення це не що інше як координати ВС в будь-якій системі координат.
Навігаційні елементи руху характеризують, як переміщається ВС в просторі. Це величини, що описують швидкість і прискорення ПМС. Правда, швидкість і прискорення - величини векторні, тобто мають модуль і напрямок. А адже навігаційні елементи в відповідно до наведеного визначення повинні бути скалярами. Однак зрозуміло, що вектор можна описати двома скалярними величинами: модулем і кутом, що характеризують його напрямок, або компонентами (складовими) вектора по осях координат.
Самі поняття руху і спокою відносні. Людина, що летить в літаку, щодо нього нерухомий, а відносно Землі рухається. Точно так же рух літака можна розглядати щодо повітряної маси, в якій виконується політ і на яку ВС спирається, або відносно Землі.
Справжня повітряна швидкість V і - це швидкість переміщення ВС щодо повітряної маси. По-англійськи ця швидкість позначається TAS (true airspeed).
Одним з навігаційних елементів руху є модуль (абсолютна величина) цієї швидкості, який на більшості етапів польоту прийнято вимірювати в кілометрах в годину, а при заході на посадку - в метрах в секунду.
Іншим навігаційним елементом руху, пов'язаних з цим вектором швидкості, є кут, що характеризує його напрямок щодо меридіана. У літаків справжня швидкість спрямована туди ж, куди спрямований вектор тяги двигунів (адже саме через цю тяги літак рухається), тобто приблизно по напрямку поздовжньої осі ВС.
Насправді через несиметричності тяги напрямок істинної швидкості не зовсім збігається з поздовжньою віссю ВС, складаючи з нею кут, званий аеродинамічним кутом знесення (в аеродинаміці використовується термін «кут ковзання»). Але для літаків цей кут на сталих режимах польоту малий і становить частки градусів, тому в аеронавігації зазвичай не враховується. Інша справа для вертольотів. У них справжня швидкість створюється не безпосередньо двигунами, а горизонтальної складової тяги несучого гвинта. Вона в принципі може бути направлена в будь-яку сторону - адже вертоліт може летіти і боком, і хвостом вперед. У вертольота навіть в сталому польоті по маршруту внаслідок особливостей обтікання його повітрям аеродинамічний кут зносу може досягати 4-5 °, а при транспортуванні вантажу на зовнішній підвісці та великих значень. У польоті його необхідно визначити і враховувати у всіх навігаційних розрахунках.
Таким чином, можна вважати, що вектор істинної повітряної швидкості у літака спрямований на його поздовжньої осі. Але цей напрямок, відраховані від меридіана, є не що інше як курс літака. Отже, курс є для літака як пілотажним, так і навігаційним елементом (Рис.2.24).
Мал. 2.24. Справжня повітряна швидкість і магнітний курс
Переміщення літака відносно Землі характеризується вектором повній швидкості Wп (рис.2.25). У загальному випадку він спрямований до горизонту під кутом, званим кутом нахилу траєкторії q (vertical path angle).
Вектор повній швидкості прийнято розкладати на вертикальну і горизонтальну складові. Вертикальна складова називається вертикальною швидкістю і позначається Vв або Vу. Зауважимо, що вертикальне переміщення ВС щодо повітря і відносно Землі практично однаково, якщо, звичайно, літак не потрапив в висхідний або спадний потік повітря, що буває не так часто.
На англійській мові використовуються терміни rate of climb (вертикальна швидкість набору висоти) і rate of descent (вертикальна швидкість зниження).
Рис.2.25. Повна, вертикальна і колійна швидкості
Вертикальна швидкість вимірюється в метрах в секунду, а за кордоном іноді в футах в хвилину (1 м / с = 197 ф / хв). Величина горизонтальної складової Wп.гор практично збігається з величиною повній швидкості, оскільки для цивільних літаків q зазвичай не перевищує 5-7 °.
Для характеристики переміщення ВС щодо Землі в горизонтальному напрямку зазвичай використовується швидкість, звана шляховий.
Шляхова швидкість W (ground speed, GS) - це швидкість переміщення МС по земній поверхні.
Літак (ПМС) рухається в просторі, відповідно переміщається і його проекція на земну поверхню (МС). Строго кажучи, колійна швидкість не збігається з горизонтальною складовою повній швидкості Wп.гор через кривизни Землі, оскільки МС переміщається по Землі, а ПМС - на висоті. Але різниця ця для всіх висот, на яких виконуються польоти в авіації, абсолютно незначна і нею можна сміливо знехтувати. Можна вважати, що шляхова швидкість це і є швидкість горизонтального руху ВС щодо Землі.
Напрямок вектора шляхової швидкості щодо меридіана називається фактичним колійним кутом Bф (ФПУ). Залежно від обраного меридіана можна використовувати фактичний магнітний шляховий кут (ФМПУ), фактичний істинний шляховий кут (ФІПУ) та інші його види. Вимірюються путні кути, як курси і пеленги, за годинниковою стрілкою від 0º до 360º (рис. 2.26).
По-англійськи ФПУ - це actual track angle, тобто дослівно - кут фактичної лінії шляху. На практиці це вираз часто використовують в скороченому вигляді - actual track або просто track (TK). Таким чином, слово track, що позначає саму лінію шляху, може використовуватися і в значенні колійного кута, що характеризує напрямок цієї лінії шляху.
Мал. 2.26. Фактичний шляховий кут
Очевидно, що вектор шляхової швидкості W спрямований у напрямку ОФП в даній точці. Якщо ОФП крива, за її напрямок приймається напрямок дотичної до неї. Дійсно, адже за рахунок W місце літака і переміщається, описуючи ОФП. Тому ФПУ можна визначити також як кут, укладений між північним напрямком меридіана і напрямком ОФП в даній точці.