3.1. Ручной полёт по маршруту: техника пилотирования между точками #
Ручной полёт по маршруту — базовое лётное упражнение Задачи 3 этапа тренажёрной подготовки: автоматика ведёт аппарат по заданию, но ответственность за траекторию, высоту и энергозапас несёт внешний пилот, и при любом отказе или усложнении обстановки пилот обязан уметь провести аппарат по трассе вручную. В статье разбирается техника ручного маршрутного полёта: выдерживание линии пути, компенсация сноса ветром, развороты в точках, контроль высоты и скорости, маршрутное ориентирование и действия при потере ориентировки. Упражнения выполняются в ArduPilot SITL с Mission Planner; наименования параметров соответствуют ArduPilot 4.7 (статья 0.4). Нормативная основа: Задача 3 этапа тренажёрной подготовки типовой программы.
Содержание
- 1. Цели упражнения и место в программе
- 2. Обозначения и глоссарий
- 3. Техника ручного маршрутного полёта
- 4. Ограничения и предельные значения
- 5. Настройка тренажёров
- 6. Порядок выполнения упражнения
- 7. Типовые ошибки и их разбор
- 8. Практика: расчётные задачи (с решениями)
- 9. Критерии зачёта и чек-лист самопроверки
- 10. Источники
1. Цели упражнения и место в программе
Упражнение формирует навык ручного пилотирования по заданной трассе: пилот выдерживает линию пути, высоту и скорость на участках, компенсирует снос ветром, выполняет развороты в точках и ведёт маршрутное ориентирование. Навык отрабатывается после планирования (статья 3.0) и предваряет автоматический полёт по заданию (статья 3.2): пилот, который не способен провести аппарат по трассе вручную, не способен парировать отклонение автоматического полёта.
Место в программе: элемент Задачи 3 этапа тренажёрной подготовки; рекомендуемое время — около 45 минут. Упражнение опирается на статью 1.1.02 (прямолинейные полёты и развороты), статью 1.1.05 (боковой ветер) и статью 1.1.07 (переключение режимов); расчётная часть — статья 3.0 (угол сноса, точка возврата).
2. Обозначения и глоссарий
| Термин | Определение |
|---|---|
| линия пути (ЛП) | заданное направление участка маршрута от точки к точке |
| заданный путевой угол (ЗПУ) | угол между направлением на север и линией пути |
| фактический путевой угол (ФПУ) | угол между направлением на север и фактическим движением относительно земли |
| магнитный курс (МК) | направление продольной оси аппарата; при боковом ветре отличается от ЗПУ на угол сноса |
| угол сноса (УС) | угол между продольной осью и линией фактического движения; вводится в сторону, откуда дует ветер |
| боковое уклонение (БУ) | угол между линией пути и направлением на аппарат из начала участка |
| линейное боковое уклонение | расстояние по перпендикуляру от аппарата до линии пути, метры |
| участок (плечо) маршрута | часть трассы между двумя смежными точками |
| путевая скорость (W) | скорость перемещения относительно земли; воздушная скорость плюс вектор ветра |
| ориентир | характерный наземный объект для контроля положения на участке |
| расчётное время пролёта | время прохождения участка при расчётной путевой скорости |
3. Техника ручного маршрутного полёта
3.1. Отличие маршрутного полёта от полёта по схеме
Полёт по схеме (статья 1.1.03) выполняется вблизи точки взлёта, все эволюции заранее известны, а положение контролируется по самой точке взлёта. Маршрутный полёт отличается тремя обстоятельствами. Первое — удаление: картина местности меняется, размеры ориентиров уменьшаются, точка взлёта перестаёт быть видимым ориентиром. Второе — продолжительность: участок длится минуты, и малые ошибки выдерживания накапливаются в большое уклонение. Третье — привязка к местности: положение контролируется по характерным ориентирам вдоль линии пути, а не по расстоянию до старта. Техника строится на чередовании двух процессов: выдерживание параметров на участке и выполнение разворота в точке.
3.2. Выдерживание линии пути
Приборный контроль ведётся по наземной станции: линия пути отображается на карте, положение аппарата — маркером, направление движения — вектором путевой скорости. Полагаться только на дисплей неправильно: задержка телеметрии составляет от долей секунды до нескольких секунд, а на предельном удалении связь деградирует (статья 2.2). Поэтому пилот обязан контролировать положение визуально — по ориентирам, выбранным при планировании (статья 3.0, карточка маршрута). Линейное уклонение растёт пропорционально пройденному расстоянию:
\( \Delta y = L \cdot \sin(\text{БУ}) \approx L \cdot \text{БУ}_{рад} \)
где \( \Delta y \) — линейное боковое уклонение, \( L \) — расстояние от начала участка, БУ — боковое уклонение в угловой мере. Практическое правило: ошибка курса 3° даёт уклонение около 5 % пройденного расстояния — на участке 300 метров это 15,7 метра.
Исправление уклонения выполняется в два приёма: доворот в сторону линии пути на угол, примерно вдвое превышающий боковое уклонение, полёт до выхода на линию, затем обратный доворот на курс участка. Попытка исправлять уклонение одним плавным доворотом без расчёта приводит к колебаниям вокруг линии пути и росту рабочей нагрузки.
3.3. Компенсация сноса ветром
При боковой составляющей ветра продольная ось аппарата отклоняется от линии пути на угол сноса — в сторону, откуда дует ветер. Величина угла сноса определяется навигационным соотношением:
\( \sin(\text{УС}) = \frac{U_{бок}}{V} \)
где \( U_{бок} \) — боковая составляющая скорости ветра, \( V \) — воздушная скорость аппарата. Для типовых значений: ветер 5 м/с при скорости 15 м/с даёт угол сноса 19,5°, при скорости 12 м/с — 24,6°, при скорости 10 м/с — 30°. На малых скоростях снос компенсируется значительно большим углом, а при скорости, сравнимой со скоростью ветра, задача становится плохо обусловленной — полёт в таких условиях прекращается (статья 2.6).
Порядок действий: определить направление и скорость ветра до вылета (по наземным признакам, данным метеостанции либо двумя проходами — методика статьи 3.3); на участке держать курс «ЗПУ плюс угол сноса»; контролировать фактическое движение по вектору путевой скорости на карте наземной станции; расхождение расчётного и фактического сноса более 5° — признак изменения ветра, пересчитать угол и время пролёта.
3.4. Высота и скорость на участке
Высота на маршруте выдерживается относительно рельефа, а не точки взлёта: при постоянном значении абсолютной высоты на пересечённой местности меняется запас над препятствиями (статья 3.5). Пилот выдерживает безопасную высоту, выбранную при планировании — не менее 30 метров над самым высоким препятствием участка, — контролируя её по барометру, радару измерения высоты и визуально. Скорость выдерживается положением стика тангажа с контролем по телеметрии. Встречный ветер требует большего отклонения стика «на себя» для сохранения воздушной скорости, попутный — меньшего.
Типичная ошибка — выдерживать путевую скорость вместо воздушной: при встречном ветре это ведёт к росту угла тангажа, увеличению расхода энергии и приближению к минимально допустимой скорости. Контроль по времени: каждый участок имеет расчётное время \( t = L / W \); расхождение фактического времени с расчётным более 10 % — основание уточнить ветер и пересчитать точку возврата (статья 3.0, раздел 3.3).
3.5. Развороты в точках маршрута
Разворот выполняется с расчётом на точный выход на линию следующего участка. Последовательность: определить сторону разворота до подхода к точке; начать разворот заблаговременно — за 20–30 метров до точки при скоростях порядка 12 м/с; крен не более 30°; в развороте контролировать оставшийся угол и высоту; выводить аппарат на курс следующего участка с упреждением примерно за 10° до расчётного направления — иначе инерция выведет аппарат за линию. Время разворота на 90° при скорости 15 м/с составляет около 8 секунд с креном 30° и около 6 секунд с креном 45° (расчёт радиуса — статья 3.4).
3.6. Маршрутное ориентирование
Ориентирование ведётся непрерывно: пилот в каждый момент знает положение аппарата относительно трассы. Приём: до вылета по карте выбираются характерные ориентиры на каждом участке — перекрёстки дорог, отдельно стоящие здания, изгибы рек, кромки леса; в полёте каждый ориентир опознаётся при подходе, и по нему уточняется положение; между ориентирами положение контролируется счётом времени и вектором путевой скорости.
Признаки потери ориентировки: ожидаемый ориентир не опознан в расчётное время; местность не соответствует карте; расчётное время пролёта точки прошло, а точка не наблюдается. Действия: перевести аппарат в режим удержания позиции (LOITER), осмотреться, сличить видимую местность с картой; при невозможности определить положение — возврат в точку взлёта с набором безопасной высоты. Потеря ориентировки в тренировочном полёте — не отказ техники, а ошибка подготовки: она обязательно разбирается на послеполётном анализе (статья 0.6).
↑ К оглавлению4. Ограничения и предельные значения
Значения ниже — учебные ориентиры для тренажёрного занятия. Перед лётным этапом они заменяются значениями из руководства по лётной эксплуатации конкретного типа беспилотного воздушного судна (статья 0.4).
| Параметр | Учебное ограничение | Пояснение |
|---|---|---|
| линейное уклонение от линии пути | не более 10 м (ветер до 5 м/с — не более 15 м) | критерий элементов 1–3 |
| высота на участке | плюс-минус 3 м в ALTHOLD; плюс-минус 5 м в STABILIZE | элементы 1–3 |
| воздушная скорость | плюс-минус 1 м/с от заданной | контроль по телеметрии |
| крен в развороте | не более 30° | статья 2.7: потеря высоты в развороте |
| боковой ветер упражнения | 2…8 м/с | выше 8 м/с — статья 2.6, прекращение |
| расхождение времени пролёта | более 10 % — пересчёт точки возврата | статья 3.0, раздел 3.3 |
| время определения положения после «потери» | не более 2 минут | элемент 4 |
| удаление от точки взлёта | в пределах дальности связи с запасом 20 % | статья 2.2 |
5. Настройка тренажёров
5.1. ArduPilot SITL: трасса и ориентиры
Трасса упражнения — прямоугольник 800 × 400 метров, точка
взлёта — середина первой стороны, высота участков 100 метров.
Вдоль каждой стороны размещается характерный ориентир: перекрёсток
дорог, отдельно стоящее здание, изгиб реки, кромка леса. Ориентиры
выбираются визуально различимыми с высоты полёта. Точки трассы
отмечаются на карте наземной станции; для контроля прохождения
в автоматическом режиме используется радиус допуска
WP_RADIUS_M, в ручном полёте он служит ориентиром
точности. Параметры модели — по статье 0.4; батарея и расход —
по статье 3.0 (задачи 1–3).
5.2. Режимы и переключатели
| Режим | Назначение в упражнении |
|---|---|
ALTHOLD | основной режим участка: высота удерживается автоматикой, курс и скорость — вручную |
STABILIZE | усложнённый вариант: полное ручное выдерживание высоты (после освоения ALTHOLD) |
LOITER | «пауза» при потере ориентировки и при разборе положения по карте |
RTL | аварийный возврат; в упражнении — только по команде инструктора |
Распределение режимов по переключателям — по статье 1.1.07;
назначение проверяется на земле до взлёта. Напоминание о версии:
в ArduPilot 4.7 режимы удержания позиции и скорости настраиваются
параметрами группы PSC_D_VEL_* и PSC_NE_VEL_*
(до версии 4.7 — PSC_VELZ_* и PSC_VELXY_*,
статья 0.4).
5.3. Ветер и телеметрия
| Параметр | Значение | Примечание |
|---|---|---|
SIM_WIND_SPD | 2…8 м/с | нарастание сложности по элементам |
SIM_WIND_DIR | по заданию | основной случай — боковой к первому участку |
SIM_WIND_TURB | 0…1 | турбулентность добавляется после освоения чистого сноса |
SIM_WIND_T_ALT, SIM_WIND_T_COEF | по заданию | градиент ветра с высотой — усложнение элемента 2 |
На экран наземной станции выводятся: карта с трассой и ориентирами, маркер аппарата с вектором путевой скорости, поля высоты, воздушной и путевой скорости, курса, расстояния до следующей точки. Запись параметров в журнал налёта — по форме статьи 0.6.
↑ К оглавлению6. Порядок выполнения упражнения
Элементы выполняются последовательно; переход к следующему — после достижения критерия предыдущего. Каждый полёт фиксируется в журнале налёта (статья 0.6).
Элемент 1. Участок без ветра
Цель: выдерживание линии пути, высоты и скорости в спокойном воздухе.
- Взлетите и наберите высоту 100 метров.
- Следуйте на первую точку трассы с курсом, равным заданному путевому углу участка.
- Выдерживайте воздушную скорость 12 м/с, высоту — в допуске раздела 4.
- В точке выполните разворот на 90° и выйдите на линию второго участка.
- Пройдите полный круг трассы, фиксируя время пролёта каждого участка.
Критерий: линейное уклонение не более 10 метров на всём протяжении; время пролёта каждого участка — в пределах 5 % расчётного.
Элемент 2. Компенсация бокового ветра
Цель: расчёт и введение угла сноса.
- Установите ветер:
SIM_WIND_SPD5 м/с, направление — перпендикулярно первому участку. - До вылета рассчитайте угол сноса для скорости 12 м/с: \( \arcsin(5/12) = 24{,}6° \).
- Выполните полёт по первому участку с курсом «ЗПУ плюс рассчитанный угол сноса».
- Сравните фактическое уклонение с расчётом; при необходимости уточните угол сноса по вектору путевой скорости.
- Повторите участок при ветре 8 м/с: \( \arcsin(8/12) = 41{,}8° \).
Критерий: уклонение от линии пути не более 15 метров; расхождение расчётного и фактического угла сноса — не более 5°.
Элемент 3. Исправление бокового уклонения
Цель: двухприёмное исправление уклонения без колебаний вокруг линии пути.
- Выполните полёт по участку; инструктор создаёт уклонение 20–30 метров изменением ветра.
- Определите величину и знак уклонения по карте наземной станции.
- Выполните доворот в сторону линии пути на угол, вдвое превышающий уклонение в угловой мере.
- При достижении линии пути вернитесь на курс участка.
- Повторите трижды, сокращая время исправления.
Критерий: исправление уклонения 25 метров за время не более 60 секунд; не более одного перехода через линию пути (без колебаний).
Элемент 4. Ориентирование и потеря положения
Цель: ведение ориентирования по карточке маршрута; действия при потере положения.
- До вылета выберите ориентиры на каждом участке и внесите их в карточку маршрута (статья 3.0).
- Выполните полёт по трассе, опознавая каждый ориентир при подходе и отмечая время в карточке.
- По команде инструктора «потеря ориентировки» переведите аппарат в
LOITER. - Сличите видимую местность с картой и определите положение.
- По решению инструктора продолжите маршрут либо выполните возврат по кратчайшему пути.
Критерий: все ориентиры опознаны; определение положения после «потери» — не более 2 минут; решение о продолжении или возврате доложено инструктору и обосновано.
7. Типовые ошибки и их разбор
Ошибки сгруппированы по механизму возникновения. Инструктор фиксирует в протоколе тип ошибки: техника пилотирования, процедура, распределение внимания или знание ограничений.
| Ошибка | Как выглядит | Механизм | Устранение |
|---|---|---|---|
| полёт без компенсации сноса | аппарат уверенно уходит с трассы в подветренную сторону; исправление запаздывает | привычка к полётам без ветра ранних модулей; угол сноса не рассчитан | элемент 2: расчёт до вылета, введение сразу после взлёта |
| выдерживание путевой скорости вместо воздушной | при встречном ветре растёт тангаж и расход; при попутном — падает воздушная скорость | контроль по одному параметру телеметрии | раздел 3.4: контроль воздушной скорости, ветра — по вектору |
| контроль только по дисплею | при задержке или потере телеметрии пилот лишается контроля положения | визуальное ориентирование не велось | элемент 4: карточка маршрута, ориентиры каждого участка |
| запоздалый разворот в точке | точка пройдена, разворот с опозданием, выход на участок с уклонением | начало разворота не спланировано по расстоянию | раздел 3.5: начало за 20–30 метров, вывод с упреждением 10° |
| «плавающее» исправление уклонения | многократные малые довороты, колебания вокруг линии пути | исправление одним доворотом без расчёта вместо двухприёмного | элемент 3: доворот вдвое больше уклонения, фиксация выхода |
| потеря счёта времени | изменение ветра и ошибки скорости не обнаруживаются до точки возврата | время пролёта участков не фиксируется | отметки времени в карточке маршрута на каждой точке |
| продолжение полёта при неопознанном ориентире | сомнение «разберусь позже» переходит в потерю ориентировки | процедура LOITER и сличения не отработана | элемент 4: немедленное удержание позиции и сличение с картой |
8. Практика: расчётные задачи (с решениями)
Задачи решаются письменно до лётной части упражнения. Значения округляются до десятых; ответ сопровождается единицами измерения.
Задача 1. Угол сноса и путевая скорость
Условие. Участок маршрута длиной 800 метров имеет заданный путевой угол 090° (строго на восток). Ветер дует с севера со скоростью 6 м/с. Воздушная скорость аппарата 12 м/с. Определить угол сноса, курс следования, путевую скорость и время пролёта участка.
Решение.
- Ветер с севера при ЗПУ 090° — боковой слева. Угол сноса: \( \text{УС} = \arcsin(6/12) = 30° \).
- Курс следования — в сторону, откуда дует ветер: \( \text{МК} = 090° - 30° = 060° \): нос развёрнут на северо-восток, движение — строго на восток.
- Путевая скорость: \( W = \sqrt{12^2 - 6^2} = \sqrt{108} = 10{,}4\ \text{м/с} \).
- Время пролёта: \( t = 800 / 10{,}4 = 77\ \text{с} \).
Ответ: угол сноса 30°, курс следования 060°, путевая скорость 10,4 м/с, время пролёта 77 секунд.
Задача 2. Уклонение при ошибке курса
Условие. Пилот вышел из разворота на второй участок длиной 400 метров с ошибкой курса 3° вправо от линии пути. На каком удалении от точки разворота линейное уклонение достигнет 20 метров? Какое уклонение будет в конце участка, если ошибку не исправлять?
Решение.
- Линейное уклонение: \( \Delta y = L \cdot \sin(3°) = L \cdot 0{,}0523 \).
- Условие \( \Delta y = 20\ \text{м} \): \( L = 20 / 0{,}0523 = 382\ \text{м} \) — уклонение 20 метров достигается за 6 метров до конца участка: на коротком участке ошибка почти не оставляет времени на исправление.
- В конце участка: \( \Delta y = 400 \cdot 0{,}0523 = 20{,}9\ \text{м} \).
Ответ: уклонение 20 метров достигается на удалении 382 метров от точки разворота; в конце участка — 20,9 метра. Ошибка курса выявляется и исправляется сразу после выхода из разворота.
Задача 3. Исправление уклонения доворотом
Условие. Аппарат следует по участку со скоростью 12 м/с и оказался в 50 метрах правее линии пути на удалении 300 метров от начала участка. Определить боковое уклонение в угловой мере, угол доворота по правилу «вдвое больше уклонения» и время выхода на линию пути при довороте.
Решение.
- Боковое уклонение: \( \text{БУ} = \arctan(50/300) = 9{,}5° \).
- Угол доворота по правилу: \( 2 \cdot 9{,}5° = 19° \) влево.
- Скорость сближения с линией пути при довороте: \( 12 \cdot \sin(19°) = 12 \cdot 0{,}326 = 3{,}9\ \text{м/с} \).
- Время выхода на линию: \( t = 50 / 3{,}9 = 12{,}8\ \text{с} \); за это время пройдено вдоль участка \( 12 \cdot 12{,}8 = 154\ \text{м} \).
- После выхода выполняется обратный доворот на курс участка; суммарная потеря пути — около 150 метров, что должно учитываться в расчёте времени и энергии.
Ответ: боковое уклонение 9,5°, доворот 19°, выход на линию пути за 12,8 секунды; исправление отнимает около 150 метров участка — уклонение дешевле не допускать, чем исправлять.
9. Критерии зачёта и чек-лист самопроверки
| Проверяемый навык | Критерий | |
|---|---|---|
| Карточка маршрута | ориентиры, ЗПУ, расчётное время участков внесены до вылета | |
| Расчёт угла сноса | выполнен письменно до вылета; совпал с фактическим в пределах 5° | |
| Выдерживание линии пути | уклонение не более 10 м без ветра; не более 15 м при ветре до 8 м/с | |
| Высота и скорость | плюс-минус 3 м и плюс-минус 1 м/с в ALTHOLD | |
| Развороты в точках | начало заблаговременное, крен не более 30°, выход точно на линию участка | |
| Исправление уклонения | двухприёмное, 25 метров за время не более 60 секунд, без колебаний | |
| Контроль времени | отметки на каждой точке; расхождение более 10 % — пересчёт точки возврата | |
| Ориентирование | все ориентиры участков опознаны; положение известно непрерывно | |
| Действия при потере положения | LOITER, сличение с картой, решение — не более 2 минут | |
| Журнал налёта | запись выполнена по форме статьи 0.6; отклонения разобраны |
10. Источники
- Типовая программа «Подготовка специалистов авиационного персонала гражданской авиации для подтверждения уровня, соответствующего требованиям, предъявляемым к обладателю свидетельства внешнего пилота». Этап тренажёрной подготовки: Задача 3, полёты по маршруту. garant.ru/products/ipo/prime/doc/56899532
- Федеральные авиационные правила «Подготовка и выполнение полётов в гражданской авиации Российской Федерации» (приказ от 31.07.2009 № 128) — техника пилотирования, ведение ориентировки.
- ICAO Doc 10019 «Manual on Remotely Piloted Aircraft Systems (RPAS)» — обязанности внешнего пилота в полёте по маршруту.
- ArduPilot Copter Documentation, «Modes» — режимы ALTHOLD, STABILIZE, LOITER, RTL. ardupilot.org/copter/docs
- ArduPilot Dev Wiki, «Using SITL for ArduPilot Testing» — имитация ветра: SIM_WIND_SPD, SIM_WIND_DIR, SIM_WIND_TURB, SIM_WIND_T_ALT, SIM_WIND_T_COEF.
- ArduPilot Copter Documentation (версия 4.7) — параметры удержания скорости PSC_D_VEL_*, PSC_NE_VEL_* и радиус допуска WP_RADIUS_M. ardupilot.org/copter/docs
- Материалы по аэронавигации для внешней пилотной подготовки: навигационный треугольник, угол сноса, путевая скорость, боковое уклонение.
- Статьи настоящего курса: 0.4 (модель под реальный БВС, версия ArduPilot), 0.6 (учёт налёта).
- Статьи настоящего курса: 1.1.02 (прямолинейные полёты и развороты), 1.1.03 (полёт по схеме), 1.1.05 (боковой ветер), 1.1.07 (переключение режимов).
- Статьи настоящего курса: 2.2 (потеря связи), 2.3 (отказ позиционирования), 2.6 (опасные метеоусловия), 3.0 (методика маршрутного полёта), 3.3 (навигация: курс и ветер), 3.5 (полёт над рельефом).
Проверено: 15.09.2026. Значения допусков являются учебными ориентирами тренажёрного этапа и уточняются по руководству по лётной эксплуатации конкретного типа беспилотного воздушного судна. Наименования параметров соответствуют ArduPilot 4.7 (статья 0.4).
- мод. : Среда, 16 сентября 2026