Строение самолета: взгляд изнутри

Заглянув в пилотскую кабину крупного современного самолета, мы увидим множество всевозможных приборов. Это верные помощники водителя крылатой машины. Они дают возможность управлять сложным механизмом самолета при взлете, в воздухе, во время посадки, помогают контролировать поведение машины и служат для ориентировки в полете.

Было время, когда самолеты летали только днем и притом в хорошую погоду, а их маршруты простирались недалеко. Чтобы не заблудиться в воздухе, пилоты старались водить свои машины вдоль железных и шоссейных дорог и больших рек. Теперь самолеты уверенно летают в каком угодно направлении, во все времена года, в любое время суток и покрывают тысячи километров без посадки.

Глаза и уши самолета

Подобно тому, как делают это мореплаватели, штурман воздушного корабля в течение всего полета ведет счисление пути. Он учитывает курс следования, скорость и время полета на всех участках маршрута и по этим данным шаг за шагом отмечает пройденное расстояние и положение самолета на карте. Получается линия фактического пути самолета.

Зрительная ориентировка — наиболее простой и надежный способ самолетовождения. Он очень удобен, когда наземные предметы хорошо видны с самолета. Но ведь это бывает не всегда. Если самолет летит на большой высоте, они мало заметны. Их становится как бы меньше, и в таких условиях ориентироваться по наземным предметам трудно. А при полете ночью или над облаками земля скрыта от глаз летчика и штурмана. В этом случае приходится ориентироваться только по приборам.

Особенно большую помощь экипажу оказывает радио. Это — уши и глаза современного самолета. На борту есть радиостанция, предназначенная специально для связи. Летчик пользуется ею для переговоров. Она дает возможность самолету «слушать» землю. Для ориентировки же служат другие установки, например радиокомпас. А в последнее время для этой цели стал применяться так называемый панорамный радиолокатор. Он позволяет экипажу «видеть» землю в любых, даже самых неблагоприятных, условиях полета. Штурман по-прежнему может контролировать свой полет, но уже не по самим ориентирам, а по их световым отметкам на радиолокационном экране.

Конечно, обслуживать панорамный радиолокатор в работе не намного сложнее, чем пользоваться другими приборами, установленными на самолете. Гораздо труднее научиться правильно распознавать, что же изображено электронным лучом на небольшой поверхности экрана. Ведь радиолокационное изображение очень условно. Оно напоминает рентгеновский снимок. И если непосвященному такой снимок кажется непонятным, то врач разбирается в нем сравнительно легко. Так же безошибочно должен уметь читать радиолокационное изображение штурман самолета.

Опытный штурман, которому приходилось уже летать по данному маршруту, всегда сможет обнаружить гораздо больше объектов, представляющих интерес для самолетовождения. Он ориентируется по изображению на экране почти с таким же успехом, как если бы видел землю своими глазами.

Однако дело не только в опытности штурмана. Не менее важна и разборчивость радиолокационного изображения, его четкость. А это уже определяется качеством самой станции. Главную роль здесь играет разрешающая способность радиолокатора: его способность воспринимать раздельно объекты, расположенные близко один от другого.

Чтобы изобразить на рисунке подробности, художнику требуется остро заточенный карандаш. В радиолокации же дело сводится к остроте пучка радиоволн. Многое зависит от того, какую антенну имеет радиостанция самолета и на какой волне ведется работа. Чем больше антенна, тем выше разрешающая способность радиолокатора, тем более острым «радиозрением» он обладает. Но места на самолете очень мало, и там нельзя ставить больших антенн. Разрешающую способность приходится повышать за счет уменьшения длины радиоволн. В настоящее время самолетные радиолокаторы в основном используют волны длиной от 10 до 1,25 сантиметра.

Электроны рисуют

Электронное изображение представляет собой упрощенную карту местности. Карта эта — будто живая, она все время меняется. Ее без устали заново и заново вычерчивает тонкий луч электронов на экране электроннолучевой трубки. Вращающаяся антенна радиолокатора позволяет «видеть» все вокруг самолета.

Расстилающаяся под самолетом местность изображается в виде мозаики светлых и темных пятнышек, повторяющих в миниатюре размещение наземных объектов. Наиболее отчетливо отмечаются на экране линии, разделяющие сушу и воду. Вода изображается темными пятнами, а суша — светлыми. По светлой линии, окаймляющей темные пятна воды, определяется форма водоема.

Реки выглядят на экране радиолокатора темными извилистыми линиями. Характерные изгибы их хорошо заметны и служат хорошими ориентирами. Самолет может оказаться и над промышленной зоной. Тогда на экране появятся яркие пятна, повторяющие конфигурацию городов и фабрично-заводских массивов.

Вот на экране протянулась длинная светлая и притом мало искривленная линия. Это — железная дорога. Если она проложена на высокой насыпи и, кроме того, электрифицирована, то изображение будет очень отчетливым. Яркие полоски, пересекающие черные ленточки рек,— железнодорожные мосты. Темные линии, соединяющие города,— это широкие автомагистрали.

При полете над морем водитель воздушного корабля видит на экране темную поверхность с яркими пятнами островов. Если внизу плывут корабли, они будут отмечены маленькими светлыми пятнышками.

Радиолокатор не дает такого подробного рисунка земной поверхности, какой может увидеть глаз, зато он расширяет радиус обзора, и для ориентировки можно пользоваться объектами, находящимися на значительном расстоянии.

В этом случае штурман поступает подобно астроному, разглядывающему звездное небо. Заметив порядок размещения отдельных звезд, астроном безошибочно определяет то или иное созвездие, в которое они входят. Штурман же по взаимному положению, скажем, отдельных ярких пятен, изображающих города, может определить район, над которым он в данный момент пролетает.

Но как быть, если самолет летит над однообразной голой пустыней или над степью, над бесконечными массивами тайги или над безжизненной, ледяной тундрой? В таком случае водитель воздушного корабля прибегает к помощи наземных пеленгаторов или самолетного радиокомпаса. Ориентирами становятся невидимые и, зачастую, очень удаленные радиостанции.

Панорамный радиолокатор тоже можно использовать при полете над такой местностью. Но для этого надо заранее, в определенных пунктах, установить небольшие радиомаяки-ответчики. По запросу с самолета они будут посылать ответные сигналы и на экране возникнет светлая отметка того или иного маяка…

Заглянем в кабину штурмана, сосредоточенно рассматривающего медленно мечяющуюся картину, которую рисуют электроны. Перед нами небольшой, слабо освещенный круглый экран, несколько углубленный в металлическую коробку блока индикатора. Вокруг него — мелкие, радиально идущие черточки. Это градусные деления азимутальной шкалы индикатора. Перед самым экраном помещен круглый диск. Он прозрачен, и его заметишь не сразу. Но присмотревшись, вы увидите на нем три параллельные линии, пересекающие весь круг. Средняя проходит по диаметру, а две другие — на небольшом расстоянии от центра. Этот прозрачный диск штурман может повернуть и установить в нужном положении при отсчете углов и направлений.

Теперь обратите внимание на само изображение. Перед вами несколько концентрических светлых окружностей. Их называют метками дальности. Каждая из них соответствует определенному расстоянию от самолета. Именно по этим меткам и определяется расстояние до любого отмеченного на экране объекта.

Штурман может в очень больших пределах менять радиус обзора. Вот он протянул руку и повернул переключатель на пульте управления. Включен самый крупный масштаб изображения. Радиус обозреваемой местности — наименьший. В таком режиме работы панорамного радиолокатора изображение получается достаточно детальным: можно подробно «просмотреть» местность, расстилающуюся непосредственно под самолетом.

Но вот штурмана заинтересовали объекты, расположенные очень далеко. Он переключает обзор. Теперь на той же площади экрана изобразится обширная поверхность. Масштаб, конечно, будет мельче. Когда радиус обзора достигает, скажем, 200 километров, на экране изображается площадь в 125.000 квадратных километров. Это почти равно территории Чехии. Изображение в таком масштабе используется главным образом для общей ориентировки.

Если нужно просматривать не всю местность, которая окружает самолет, а только часть ее, можно переключить радиолокатор на секторный обзор. Тогда антенна не будет делать полного оборота вокруг своей вертикальной оси, а станет перемещаться справа налево в пределах небольшого угла. На экране же появится соответствующий сектор электронной карты, идущий из центра. Остальная часть поля экрана останется темной.

Курс самолета на экране

Каждый, кто пользовался географической картой, хорошо знает, что изображение на ней всегда ориентируется относительно стран света. У такой карты север — вверху, юг —внизу. Электронное изображение на экране радиолокатора тоже может быть ориентировано подобно карте. Тогда верхняя точка экрана будет соответствовать северу, а нижняя — югу.

Конечно, такое изображение не получается само собой. В станции предусмотрена связь радиолокационного индикатора с компасом, который имеется на каждом самолете. Как известно, компасная стрелка остается обращенной своими концами к северу и югу, куда бы ни повернул самолет. Это положение стрелки передается на индикатор, в результате чего радиолокационное изображение располагается так, как диктует стрелка.

Чтобы контролировать направление полета, экипажу очень важно видеть прямо на экране, куда направлен самолет в данный момент. Для этого служит яркая радиальная линия — курсовая черта,— прочерчиваемая электронным пучком. Она отчетливо показывает, в какую сторону направляется воздушный корабль среди изображенных на экране объектов. Когда летчик меняет курс, автоматически изменяется и направление курсовой черты. Если требуется направить самолет к какому-либо определенному объекту, летчик непосредственно видит, не уклоняется ли машина в сторону.

Ориентировать радиолокационное изображение, подобно географической карте, требуется не всегда. Достаточно сделать соответствующее переключение, и картина на экране ориентируется совсем иначе: не по меридиану, а относительно продольной оси самолета. Теперь курсовая черта идет уже прямо вверх, и положение ее не изменится даже при перемене курса. А само электронное изображение в этом случае будет перемещаться на экране так же, как происходит перемещение наземных объектов перед глазами летчика, когда бывает видна земля…

Помимо возможности ориентироваться, что само по себе весьма ценно, радиолокационное изображение позволяет штурману определять навигационные элементы полета, необходимые ему для всевозможных расчетов. Например можно быстро и легко измерить угол между продольной осью самолета и направлением на любой ориентир, видимый на экране. Для этого достаточно повернуть расположенный перед экраном прозрачный диск, чтобы диаметральная линия его прошла через изображение ориентира. Тогда между курсовой чертой (осью самолета) и линией на диске (направлением на объект) и будет заключен искомый угол.

Когда требуется измерить расстояние до какого-либо ориентира, используют, как уже отмечалось, метки дальности. Но что делать, если объект окажется не на светящейся окружности, а между кольцами? В этом случае штурман прибегает к помощи счетно-решающего устройства, которое имеет станция. Результат штурман читает на шкале этого устройства.

Соблюдать расписание — закон для любого вида транспорта. Он обязателен и для самолетов воздушных линий. Поэтому экипаж должен все время контролировать скорость движения своей машины. Но учитывать скорость воздушного корабля — это не то же самое, что, скажем, измерить скорость движения автомобиля. Автомобиль перемещается по неподвижной земле, самолет же находится в воздухе, который сам перемещается относительно земли.

Представьте себе, что широкую реку переплывает пловец. Если он не будет учитывать течения, его отнесет далеко в сторону. Чтобы попасть в намеченную точку на противоположном берегу, пловец должен направить свое движение в точку, расположенную несколько выше по течению. И чем быстрее движется речной поток, тем больше придется отклонить направление заплыва в сторону.

Самолет тоже перемещается вместе с воздушным потоком. Поэтому очень важно определить, на какой же угол относительно своей продольной оси самолет сносится ветром. Этот угол авиаторы называют углом сноса. Чем он больше, тем большую поправку приходится вносить в курс следования. Водитель воздушного корабля поступает в таком случае подобно речному пловцу. Он направляет машину так, чтобы ее не относило в сторону, и она могла двигаться по намеченному пути.

Если не менять режим полета, то при попутном ветре, естественно, путевая скорость воздушного корабля возрастает, при встречном ветре — уменьшается. Это самые простые для штурманских расчетов и наиболее редкие случаи. Чаще приходится иметь дело с боковым ветром. Как же учесть его влияние на полет?

Два движения одного и того же тела можно сложить подобно тому, как складывают силы, приложенные в одной точке по правилу параллелограмма. Одна его сторона изображает воздушную скорость самолета, а другая — скорость ветра. Диагональ покажет результат обоих движений и будет соответствовать путевой скорости самолета. В этих расчетах штурману помогает панорамный радиолокатор.

Все отметки, нарисованные электронным лучом, постепенно перемещаются в одну и ту же сторону. В этом отражается бег земных ориентиров относительно самолета. Значит, если зафиксировать, в каком направлении идет смещение световых отметок на экране, можно будет сказать, в каком направлении движется самолет относительно земной поверхности. Не думайте только, что это направление то же самое, что и курс самолета. При боковом ветре они не совпадают.

Штурман повертывает уже знакомый нам прозрачный диск. Он добивается того, чтобы перемещение световых отметок на экране происходило параллельно линии, нанесенной на поверхности диска. Тогда эта линия будет расположена как раз вдоль направления пути. Тем самым штурман найдет направление путевой скорости самолета. А угол, заключенный между курсовой чертой — ее, как мы помним, прочерчивает по радиусу экрана электронный луч — и линией на диске, покажет ему, какова величина угла сноса. Но определить направление путевой скорости — это только полдела. Необходимо узнать и ее величину.

И штурман снова обращается к радиолокатору. Наблюдая за световыми отметками, он измеряет длину какого- либо участка пути самолета и вместе с тем следит по секундомеру за временем.

Теперь в распоряжении штурмана есть все ключи для определения скорости ветра. Проведенный расчет может показать, что в полет нужно внести изменения. Тогда штурман решает обратную задачу. Он уже не измеряет путевую скорость, а, исходя из расписания и маршрута, задается ее величиной и направлением, скорость же ветра ему известна. По двум данным параметрам находится третий — воздушная скорость, которую должен выдерживать летчик, регулирующий режим полета. Этим определяется и курс воздушного корабля. Обычно штурман решает подобные задачи при помощи простого механического прибора — ветрочета, или пользуется специальной навигационной линейкой. Это ускоряет расчеты.

Местоположение самолета

При полете по заданному маршруту экипаж в любой момент должен знать, где находится самолет. Если штурман не может ответить на этот вопрос, значит самолет заблудился, что очень опасно. Ведь выбрать правильно путь для дальнейшего продвижения вперед можно лишь тогда, когда знаешь, где находишься. Поэтому экипаж применяет все меры, чтобы как можно точнее определить свое местоположение.

Наблюдая за картиной на радиолокационном экране, можно, как мы видели, осуществить общую ориентировку в полете. Но, чтобы отметить точку самолета на полетной карте, нужно произвести некоторые измерения. На экране выбирают какой-либо ориентир, отмеченный и на полетной карте. Определить направление на выбранную отметку — дело нескольких секунд. А линию этого направления легко провести на карте через тот же ориентир. Ясно, что где-то на ней можно отметить и положение самолета. Но где именно? Нужно узнать, как далек самолет от ориентира. Штурман узнал это при помощи счетно-решающего устройства радиолокатора. Затем найденное расстояние откладывается вдоль только что нанесенной на карте линии. Получается точка, координаты которой соответствуют местоположению самолета в данный момент.

Такой способ очень удобен при полетах над местностью с малым количеством ориентиров, так как для расчетов требуется всего один ориентир. Но точность его не очень высока. Для более точного определения нужны два подобных ориентира. Измерив по электронному изображению расстояния до них, на карте проводят из соответствующих точек две дуги. Точка пересечения дуг и укажет координаты самолета. Вместо естественных ориентиров можно при определении местоположения воспользоваться радиомаяками-ответчиками, если они установлены на трассе полета и координаты их заранее известны. Здесь тоже результат получается более точным, когда место самолета находится не по одному ответчику, а по расстояниям до двух маяков.

В обход грозы

Панорамный радиолокатор дает возможность экипажу самолета не только «видеть» землю, но и «просматривать» воздушную дорогу впереди машины. Если направлять излучение радиоволн не вниз, а по курсу корабля, то радиолокатор будет играть роль зажженных фар автомобиля, показывая водителю препятствия на пути.

Но откуда могут появиться какие-то преграды в воздухе на большой высоте? Они возникают благодаря изменениям погоды на трассе полета. Это — штормы, ливни с градом, области турбулентности, в которых происходит хаотическое движение воздуха в виде резких порывов и вихрей.

Разгул воздушной стихии обычно связан с грозами. От удачного обхода района грозовой деятельности зависит безопасность полета. Вот почему многие авиаторы считают, что основная ценность панорамного радиолокатора состоит в том, что он способен обнаруживать грозовые облака.

Освещая радиолучом путь впереди машины, радиолокатор получает отражения радиоволн от дождевых капель, града, снега. В результате на радиолокационном экране появляются белые пятна неправильной формы. Они плывут, медленно меняя свои очертания. Это изображения плотных облаков. Самолетный радиолокатор может заметить их с большого расстояния. Грозы, например, обнаруживаются за 200— 300 километров.

Наблюдая за экраном, экипаж в состоянии непосредственно следить за изменениями погоды на трассе полета. А это имеет особую ценность по сравнению с сообщениями о погоде, передаваемыми с земли. Летчик заблаговременно может обнаружить опасный участок, нащупать свободный проход между тучами, обойти их стороной или вовремя подняться, чтобы пройти над ними.

Широкое применение радио в авиации помогло наладить регулярное движение самолетов по всем воздушным трассам. Полеты ночью и за облаками давно перестали быть редкостью. Теперь это обычное дело авиаторов.

Автор: Ф. Честнов.