HELYMEGHATÁROZÁS A MEGTETT ÚT SZÁMÍTÁSÁVAL

Átírás

1 Dr. Békési Berold HELYMEGHATÁROZÁS A MEGTETT ÚT SZÁMÍTÁSÁAL A naigáió alapeő eladaa alamel objekum ag eg ponja helének (koordináájának) meghaároása például ömegköépponjának eg ado koordináarendserben. A naigáiós rendser soksor a koordináák időbeni áloásá (sebességé) is sámíja ag a koordináarendserben egéb más a objekum elhelekedésé jellemő paraméer érékel. A naigáiós módserek a elsődleges naigáiós paraméerek mérésének és sámíási műeleeknek a össessége, amelek leheőé esik a repülőgép pillanani arókodási helének és a sebességekor össeeőinek meghaároásá a kiálaso koordináarendserekben. A naigáiós módserek kiálasásánál és hasnálaakor igekenek biosíani a repülőserkee eeésé a legnagobb ponossággal a úonalon aal a éllal, hog ráeessék a hel és idő serin a ado objekumra (élra) és a repülőér lesállópálájára. A naigáióra különböő ehnikai eskööke alkalmanak, amelek magukba oglalják a edélei naigáiós műsereke és a öldi berendeéseke, alamin a sámíó egségeke, érképeke, mérő eskööke és ájékoaó segédeskööke. A elsődleges inormáiók mérési módsere alapján a köekeő naigáiós berendeéseke különböejük meg: geoehnikai a Föld ermésees (öldraji) meőinek (mágneses, graiáiós, a amoséra aerológiai (légani) meői és íg oább) jellemői mére kerülnek meghaároásra; ineriális a repülőserkee ineriális érbeli gorsulásainak mérésén alapsik; rádióehnikai a elekromágneses jelek öldi ag edélei sugárók paraméer mérésén alapsik; énehnikai a öldi ag edélei énorrások jelei hasnálja el; sillagásai a égiesek sugárási paraméereinek mérésén alapsik. A külső körneeel aló kapsola alapján a naigáiós módserek lehenek: auonóm a elsődleges naigáiós inormáió a edélei berendeések solgálaják, speiális öldi berendeések hasnálaa nélkül; ehhe alkalmaák a geoehnikai, ineriális, sillagásai alamin némel rádióehnikai (például Doppler-elű) elsődleges naigáiós módserek mérési paraméerei. A auonóm naigáiós módsereke a repülési úonalak bármilen áolsága eseén hasnálhaják; nem auonóm a inormáió a külső rádióehnikai és énehnikai öldi és edélei rendserek hasnálják el,

2 eges a auonóm és nem auonóm naigáiós paraméerek egües hasnálaának mérésén alapsik. Álalában a repülőserkeeeken a naigáiós módserek össességé hasnálják, amelek biosíják a sükséges naigáiós öbbleinormáióka. E a öbble a ponosság, a aarédeség, a naigáiós mérések megbíhaóságának és bionságának nöelésére solgál. Minden ismer naigáiós módser a arókodási hel koordinááinak meghaároási módjáól üggően három soporra oshajuk: mege ú sámíása alapján; naigáiós meők sámíása alapján; képössehasonlíó helmeghaároás alapján. A arókodási hel koordináái a mér sebességek ag gorsulások idő serini inegrálása úján kerülnek meghaároásra. A úsámíás aeromerikus, Doppler-elű ag ineriális naigáiós mérési módserek alapján alósíják meg. ÚTSZÁMÍTÁS A REPÜLÉSI PARAMÉTEREK FELHASZNÁLÁSÁAL Ennél a módsernél a úsámíás a alós repülési sebesség ekorának a Földhö rögíe koordináa rendser engeleire eső össeeői meghaároásán alapul. Eeke a össeeőke idő serin inegrála a arókodási hel meghaárohaó. A sámíásokho a elsődleges naigáiós jellemőke hasnáljuk el, melek mérése aeromerikus úon örénik. A elsődleges naigáiós jellemők a köekeők: alóságos repülési sebesség súsássög bedönési sög íes repülési sebesség repülési idő a repülőgép állássöge bólinási sög alós iránsög H repülési magasság A ekor heleé a repülőgéphe rögíe (ag es ) koordináa rendserhe isonía (,, ) a és sögek haároák meg (1. ábra). Repülésudománi Konerenia 28. április 11.

3 1. ábra. A repülési sebesség ekor engelek meni össeeői A 1. ábra alapján a repülési sebesség ekor engelek meni össeeői a köekeő egenleek haároák meg: os os os os (1) ahol: os a repülőgép állássöge a súsássög A repülési sebesség íes össeeője a repülőgép pálahajlássögének ismereében meghaárohaó (2. ábra).[1, 2] A 2. ábra alapján a íes repülési sebesség össeeő a köekeő alakban írhaó el: os os (2) os os ahol: a pála hajlássöge 1 2. ábra. A repülési sebesség íes össeeőjének meghaároása a repülőgép pálahajlássögének ismereében Repülésudománi Konerenia 28. április 11.

4 Miel a naigáiós eladao a öldelsínhe isonía alósíják meg, íg á kell érni a íes öldraji koordináa rendserbe. A öldraji koordináa rendser engelei a köekeők: ésaki iránba mua; üggőleges iránú, merőleges a, engelek síkjaira, kelei iránba mua. A,, engelek menén meghaárouk a sebesség össeeői: os os os (3) os A öldelsínhe isonío alós repülési sebességnél igelembe kell enni a sélsebesség ekor is. A repülőgép Föld elei repülési sebesség ekora a repülési sebesség ekor és a sélsebesség ekor össegekén írhaó el: (4) Ábráoljuk a sélsebesség ekor a 3. ábra alapján. 3. ábra. A sélsebesség ekor össeeői Írjuk el a koordináarendser engeleire eső össeeői: os os os (5) os ahol: os A (1.2) és a (1.4) egenleeke beheleesíe a (1.3) egenlebe, megkapjuk a Föld elei repülési sebesség ekor össeeői. Repülésudománi Konerenia 28. április 11.

5 os os (6) A három ekor íes össeeői álal meghaároo háromsöge naigáiós háromsögnek neeük (4. ábra). Ahol: e elsodrási sög u úonalsög sélsög alós iránsög u e 4. ábra. A naigáiós háromsög össeeői A repülőgép arókodási helé a inegrálásáal haárouk meg: S S S S S S d d d (7) Ahol: S kedei érék;, S, S S baromerikus, rádió ag egéb magasságmérő segíségéel haárohaó meg. Repülésudománi Konerenia 28. április 11.

6 A helmeghaároás koordináái megkaphajuk más koordináák álal is. A üggőleges koordináa S álalában nem a mege ú sámíásáal örénik, hanem a baromerikus, rádióehnikai ag opikai magasságmérő segíségéel. A úsámíás a repülési paraméerek elhasnálásáal eljesen auonóm naigáiós módser, a sebesség ekor mérése és inegrálása alapján. A sélsebesség megadhaó a rádión a öldi állomásokról (nem auonóm mérési módser) ag mérheő repülés köben a edélei rádióehnikai ag opikai módserekkel a öldi rádió és opikai esköök (auonóm mérési módser) hasnálaa nélkül. (Tehá a sélsebesség éréke jöhe kíülről, de lehe pl. lokáorral is mérni.) DOPPLER-ELŰ ÚTSZÁMÍTÁS A Doppler-radar, min edélei berendeés a öenes éek égén kerül a kaonai, majd a haanas éek elején a polgári repülőgépek edéleére. A radarberendeés önmagában elsődlegesen a alábbi eladaok megoldására alkalmas: öld elei sebesség; séleléríés söge; a repülőgép állássöge; a repülési magasság mérésére. A polgári repülőgépeken a első ké eladao, ehá a öld elei sebesség és a séleléríés kijelésére alkalmas radarberendeéseke alálunk. A radarberendeés kiegésíe megelelő sámíó és kijelő berendeésekkel, önálló edélei naigáiós rendser is alko. A Doppler-radar működési ele A berendeés, min nee is ual rá a Doppler jelenség alkalmaásán épül el. Chrisian Doppler ( ) osrák iikus már a XIX. sáad első elében eledee és isgála a a jelensége, amel álalánosan ismeré ál, agis ha eg jármű gorsan köeledik a megigelőhö, ajának hangmagassága ehá hangrekeniája nő, ha áolodik, mélebbé álik, agis rekeniája sökken. A Doppler úsámíás módserének alapja a köekeő: a úsebesség inormáiójának és a elsodródási sög e érékének hasnálaa, amele a DISS-ől 1 kapunk. A ilen mérő működése a Doppler haáson alapsik. A Doppler haás lénege a edélei Doppler-radar üemében a, hog a öldről issaer energia rekeniája a edélei adó álal kisugáro energia rekeniájáho képes a repülőgép mogása mia megáloik. A Doppler eekus (haás) magaráaáho megisgálhajuk a repülőgép mogásá a edéleén elhelee rádiólokáiós állomással, amel aralma eg állandó rekeniájú rádióadó és eő. ala- 1 Doppler sebesség és elsodródási sögmérő Repülésudománi Konerenia 28. április 11.

7 mel 1 időpillanaban a repülőgép a A ponban helekedik el és sebességgel a B pon iránába moog (5. ábra). A rádiólokáor hanghullámoka sugáro a B ponba, ahol a nem mogó árg alálhaó, amel issaeri een hullámoka. A áolság a A ponól a B ponig egenlő r -rel. r 12 r A E B 5. ábra. A Doppler eekus íes iránú kisugárás eseén A rádiólokáor álal a 1 időpillanaban kisugáro rekeniájú hullám éri el a B pono T 1 időpillanaban: ahol: a rádióhullámok erjedési sebessége r T1 1 (8) A idő eleléel a repülőgép a E ponba ju. A rádióadó a idő ala n iklusú regéseke sugáro. E a sám n. 1 2 A B ponban a regés rekeniája B különböik a A pon rekeniájáól. Ennek éréke: B (9) A B pono ehejük B rekeniájú hangorrásának. Akkor a repülőgépről kisugáro és a B ponho sebességgel köeledő hanghullám A rekeniája egenlő: A B (1) A e hullámok rekeniája különböik a kisugáro hullámok rekeniájáól a Doppler rekenia érékéel. F D A B 2 Repülésudománi Konerenia 28. április 11.

8 de, eér és köekeésképpen 2 2 F D (11) ahol: a kisugáro regések hullámhossa Ha a repülőgépe eláolíjuk a B ponól, akkor a rekenia F D 2 érékéel sökken. Álalános eseben a repülés pálája és a úsebesség nem bios, hog egbeesik a AB regések kisugárásának iránáal (6. ábra). A r B 6. ábra. A Doppler eekus kisugárás a íesől aló elhajlás eseén Ha a sög D a irána és a AB onal köö an, akkor a (11) egenle alapján igelembe esik a úsebesség össeeőjének iráná a A -ól a B elé, agis r os os (12) D e Eér a Doppler rekenia képlee a köekeő alakban írhaó el: F D 2 os D (13) Tehá a adó kisugáro rekeniájának áloása, a F D Doppler rekenia érékéel, amel arános a repülőgép úsebességéel és ügg a D -ől ( e ) a úsebesség ekoráól és a rádiólokáor anenna kisugárásának iránáól. A legegserűbb Doppler-mérő, amelnek anennája eg nalábo ho lére (7. ábra), áll a adóból, anenna ákapsolóból, anennából, eőből, mérő áramkörökből és műser muaóból (jelőműserből). Repülésudománi Konerenia 28. április 11.

9 L F Anenna ákapsoló F D Keerő F D F Mérő Erősíő D D áramkör Jelő műser eő Anenna Adó 7. ábra. A úsebesség meghaároásáho a legegserűbb Doppler-mérő A adó magas ( ) rekeniájú olamaos regéseke generál, ameleke anenna sugáro a öld iránába. A öldről issaer lengéseke FD rekeniáal a anenna ogadja és a anenna ákapsolón keresül a keerőbe kerül. Aon kíül a keerőbe a kisugáro jelek rekeniája is bekerül. A keerőben kiálasódik a különbségi Doppler rekenia F D esülsége. A erősíés uán a erősíőben e a esülség a mérő áramkörbe kerül. A mérő áramkör kimeneéről a úsebesség jelőműserére kerül a D esülség, amel a Doppler rekeniáal F D arános. íes repülés eseén alódi sebességgel a oldaliránú sél haásáal a úsebesség ekor a ekorho képes el an ordula e elsodródási söggel (8. ábra). e 8. ábra. A naláb eülee a íes síkra A rádiólokáor anennájának nalábja a ekor iránáól elordulha söggel és a öld elsínéhe ag a íes síkho képes elérhe sögre. A söge a íes síkban a ekor ag annak eüleéel és a naláb engelének a íes síkra eső eülee köö mérjük. A üggőleges síkban a horion onal és a naláb engele köö érjük (9. ábra). A úsebesség össeeője a naláb engelének iránában: a (14) r 1os os( e ) os Repülésudománi Konerenia 28. április 11.

10 e 1 íes sík r Függőleges sík Eér a Doppler rekenia 9. ábra. A Doppler-mérő nalábjának érbeli helee 2 F D os( e ) os (15) A mérő áramkörében D esülség generálódik, amel a Doppler rekeniáal arános 2 D kfd k os e os (16) Ha a anenná a íes síkban elordíjuk a üggőleges engel körül, akkor e eseén megkaphajuk a elol maimális Doppler rekeniá: 2 F D os (17) ma. Amikor a üggőleges sík, amel a naláb engelén ámeg, egbeesik a úsebesség iránáal, a hajlás sög egenlő D söggel, eér F 2 Dma. os D (18) A D sög mindig ismer. A úsebesség éréke a F D Doppler rekenia éréke alapján haárohaó meg. A anenna elordulási sögének éréke alapján a F D F D ma. érékéből állapíhaó meg a e sög. Repülésudománi Konerenia 28. április 11.

11 Ha a ekor elhajlik a íes síkól (1. ábra), akkor ellehe bonani eg íes eg üggőleges össeeőkre. és ahol: sugárási rekenia énsebesség A mérése spekrográ (spekrumanaliáor) segíségéel örénik. A Doppler rekenia megérésére egserűbb módser is alkalmahaó, uganis ha a issaer és köelen jel a radarnál áisban adódik össe, ehá maimuma an, akkor a élárga (például a ölde) 1/2 hullámmal köelebb hoa (agis a repülőgép 1/2 hullámhossni elmodul) újból ma T 1 D 1. ábra. A úsebesség ekor elbonása íes és üggőleges iránú össeeőre A repülőgép mege újának sámíásáho udni kell a éréké. A üggőleges össeeő a mérésében hibá oko. Eér a úsebességek mérése hibáal örénik. Ennek a hibának a kiküsöbölésére a repülőgép üggőleges sebességé a arioméer segíségéel mérik. A soknalábos Doppler mérőkben a üggőleges össeeő hibájá auomaikusan kiküsöbölik. Miel a Doppler állomások a repülés sebességé a öldi berendeések nélkül mérik, a Doppler-elű úsámíás a naigáiós módsereken belül auonómnak sámí. A sebesség mérésnek doppleri ponossága a,1,3%-á éri el a -nek, ami jelenősen meghaladja a alódi sebesség mérési ponosságá. Figelembe kell enni, hog a repülési magasság nöeléséel, a doppleri rádiólokáiós rendserek eljesímén-eléele nöeksik. A í elei repüléseknél a doppleri sebességmérés ponossága sökken. A sillagásai naigáióra alkalmani lehe a doppleri sebességmérés a égiesekől kapo jelek alapján. Ha a repülőgép a égieshe képes áloása. K sebességgel moog, akkor a e én rekenia K (19) Repülésudománi Konerenia 28. április 11.

12 imumo kapunk és e minden él hullámhossnál ismélődik. A Doppler rekenia ehá anni les, ahán élhullámhossni ua es meg a repülőgép másodperenkén. A polgári edélei Doppler berendeések adó rekeniájá úg álasják meg, hog können mérheő hangrekeniás sába essék a repülőgép öld elei sebességaromána. A rekenia nagságának (a hullámhoss oábbi röidíésének) a légkör illee a sapadék sillapíása sab haár. Ineriális elű helmeghaároás A repülőgép a erők halmaának haása alapján moog, ameleke ké ípusra bonhajuk: akí erőkre (a hajómű onóereje, a amoséra ellenállása sb.); graiáiós eredeű erőkre (a álalános ömegonás erői). A repülőgépre haó erők álal lérehoo gorsulásoka a naigáiós koordináa rendser engelei menén elhelee aeleroméerekkel (gorsulásmérők) mérik. A graiáiós gorsulásoka nem mérik aeleroméerekkel. A aeleroméerek engeleinek érékenségé a naigáiós koordináa rendserek XYZ engeleinek iránába állíják be. A helmeghaároás a repülőgép absolú gorsulásainak sabiliál alapra serel gorsulásmérőkkel aló mérésén, majd e köeően a gorsulások inegrálásán alapsik a repülőgép absolú repülési sebessége össeeőinek meghaároásáho. Ha a A aeleroméerek beállíására különböő pörgeűs és sillagásai sabiliáoroka alkalmanak. a, a, a a naigáiós koordináa rendserek engelei menén mér absolú gorsulások össeeői, akkor een össeeők egseri és késeri idő serini inegrálása, a graiáiós gorsulások és kedei eléelek igelembeéeléel,, a repülési sebesség össeeői és a X, Y, Z pedig a helmeghaároás koordináái adja. a g d a g d (2) a g d Ahol:,, g, g, g a engelek menén haó graiáiós gorsulások, ameleke a ineriális rendserbe eeünk be kedei sebességek X, Z kedei koordináák Y, A sebesség össeeőke ismé inegrála és a kedei koordináa érékeke (induló pon koordináái) igelembe essük, akkor megkapjuk a repülőgép arókodási helének koordináái. Repülésudománi Konerenia 28. április 11.

13 X Y Z Y X Z d d d (21) A megisgálakból köekeik, hog a ineriális rendser a repülés sebességé és a helmeghaároás koordináái haároa meg a ineriális érhe képes (innen ered a úsámíás módsereinek elneeése). Ahho, hog megmérjük a naigáiós paraméereke a Föld elsínéhe képes, a ineriális rendserekben a Föld napi orgásá esik igelembe. A ineriális elű helmeghaároás absolú auonóm min naigáiós módser és a akí erők álal lérehoo gorsulások méréséhe aroik. A graiáiós gorsulások igelembe éele ismer problémákho ee. A objekumokon (engeralajáró, hajók, repülőgépek), ameleknek a Föld köepéig mér áolsága jelenékelen mérékben áloik és a graiáiós gorsulás állandó éréknek esik. A úsámíás a íes síkban hajják égre a graiáiós gorsulás ekorára merőlegesen. A komikus repülőserkeeeken a graiáiós gorsulás ekorá kíülről adják meg ag a ineriális rendser mérései álal a helmeghaároás koordinááial (ár rendserű mérés). A auonomiáson kíül a ineriális rendserek egéb más előnökkel is rendelkenek: a úsámíás a Föld illee a komikus ér bármel köreében (érségében) örénhe, a é bármel napján és időben, a gorsulás és repülési sebesség korláoása nélkül. A naigáiós paraméerek ponossága ügg a alkarések aeleroméerek, pörgeűk, sámíó egségek és más elemek minőségéől. A ineriális úsámíás hibái a időel elhalmoódnak. Némel jó minőségű ineriális rendsernél a úsámíás hibája (radiális mérani köépérék hiba) eléri a 1 3 km- eg órás repülés ala. Hossú idejű repülések eseén a ineriális rendser helesbíeni kell a elhalmoódo hibák mia. FELHASZNÁLT IRODALOM [1] Békési Berold A naigáiós eladaok megoldási leheőségei a orodrómikus koordináa rendserben Repülésudománi és Kiképési Kölemének, Solnok, 1996/3 (23-53old.) [2] Rádió és elekronikus léginaigáió LRI Repülésokaási köpon, Repülésudománi Konerenia 28. április 11.