3.3. Навигация на маршруте: курс, ветер, счисление пути #

1. Цели упражнения и место в программе

Упражнение формирует навигационные навыки маршрутного полёта: пилот решает прямую и обратную навигационные задачи, измеряет ветер в полёте, ведёт счисление пути и сохраняет управление аппаратом при деградации спутникового позиционирования. Навык отрабатывается параллельно с ручным (статья 3.1) и автоматическим (статья 3.2) полётом по маршруту: расчёты этого упражнения заполняют карточку маршрута статьи 3.0.

Место в программе: элемент Задачи 3 этапа тренажёрной подготовки; рекомендуемое время — около 45 минут. Упражнение опирается на статью 1.1.09 (ориентация и прямая видимость), статью 2.3 (отказ систем позиционирования) и статью 3.1 (угол сноса в технике пилотирования).

2. Обозначения и глоссарий

3. Основы маршрутной навигации

3.1. Навигационный треугольник скоростей

Движение аппарата относительно земли есть сумма двух движений: относительно воздуха со скоростью \( V \) и переноса воздушной массы со скоростью ветра \( U \):

\( \vec{W} = \vec{V} + \vec{U} \)

Это соотношение — навигационный треугольник — решает две задачи. Прямая: известны воздушная скорость, курс и ветер — находятся путевая скорость и фактическое направление движения. Обратная: известны путевая скорость, направление движения и воздушная скорость — находится ветер. Для бокового ветра величиной \( U_{бок} \) при воздушной скорости \( V \) угол сноса и путевая скорость равны:

\( \sin(\text{УС}) = U_{бок} / V, \qquad W = \sqrt{V^2 - U_{бок}^2} \)

При попутном ветре \( W = V + U \), при встречном \( W = V - U \). Числовой пример, принятый сквозным для модуля: \( V = 15\ \text{м/с} \), боковой ветер \( U = 5\ \text{м/с} \) — угол сноса \( \arcsin(5/15) = 19{,}5° \), путевая скорость \( W = \sqrt{225 - 25} = 14{,}1\ \text{м/с} \).

3.2. Истинный и магнитный курс, склонение

Карты и координаты точек маршрута привязаны к истинному меридиану, а магнитный компас аппарата (и магнитный курс, отображаемый многими системами) — к магнитному. Разница между ними — магнитное склонение местности; для Европейской части России склонение восточное и составляет порядка 5–15° в зависимости от района, для района Санкт-Петербурга — около 10° восточного. Пересчёт выполняется по правилу: магнитный курс равен истинному минус восточное склонение, \( \text{МК} = \text{ИК} - (+\Delta_{вост}) \). При восточном склонении 10° и линии пути 090° магнитный курс составляет 080°. Ошибка знака склонения уводит трассу на угол, вдвое превышающий склонение, — на маршруте 3 километра это более километра бокового уклонения.

3.3. Измерение ветра двумя проходами

Штатный способ оценки ветра в полёте — два прохода по одному направлению: сначала по курсу \( \Psi \), затем против него (курс \( \Psi + 180° \)) с одинаковой воздушной скоростью и постоянной высотой. Продольная составляющая ветра равна полуразности путевых скоростей, воздушная скорость — полусумме:

\( U = \frac{W_1 - W_2}{2}, \qquad V = \frac{W_1 + W_2}{2} \)

где \( W_1 \) — путевая скорость на попутном проходе, \( W_2 \) — на встречном. Пример: проходы дали 12 и 18 м/с; воздушная скорость \( (12 + 18)/2 = 15\ \text{м/с} \), продольная составляющая ветра \( (18 - 12)/2 = 3\ \text{м/с} \) в направлении первого прохода. Метод требует спокойного пилотирования: каждый проход выполняется прямолинейно, на постоянном курсе, длиной не менее 100–200 метров, чтобы среднее за проход подавило порывы. Два взаимно перпендикулярных прохода дают обе составляющие ветра — полный вектор.

3.4. Оценка ветра по сносу и путевой скорости

Когда выполнять проходы некогда, ветер оценивается по текущему полёту: боковая составляющая — из угла сноса, необходимого для удержания линии пути (\( U_{бок} = V \cdot \sin \text{УС} \)), продольная — из разности путевой и воздушной скорости. В автоматическом полёте автоматика сама компенсирует ветер, и оценка выполняется по её работе: телеметрия показывает воздушную скорость, путевую скорость и угол между курсом и линией пути — по этим трём числам вектор ветра восстанавливается решением обратного навигационного треугольника. Оценка уточняет карточку маршрута: пересчёт путевых скоростей участков, времени пролёта и точки возврата (статья 3.0, раздел 3.3).

3.5. Счисление пути

Счисление — определение положения интегрированием скорости и направления от последней достоверной точки. Точность счисления падает со временем: ошибка растёт пропорционально пройденному расстоянию и определяется погрешностью курса и скорости. При погрешности курса 3° и скорости 15 м/с за 60 секунд счисления боковая ошибка достигнет \( 900 \cdot 0{,}0523 = 47\ \text{метров} \). Поэтому счисление применяется короткими интервалами: от последней достоверной позиции до восстановления навигации либо до принятия решения о возврате. В ArduPilot счисление непрерывно ведёт фильтр EKF: при кратковременной потере спутников позиция экстраполируется по данным акселерометров и гироскопов; при длительной потере достоверность падает, и отказная логика переключает режимы (статья 2.3).

3.6. Деградация позиционирования на маршруте

Маршрутный полёт проходит вдали от точки взлёта, поэтому деградация позиционирования опаснее, чем над площадкой: возврат выполняется против возможного сноса, на остатке энергии, по недостоверной позиции. Признаки деградации: падение числа спутников ниже 8, ухудшение точностных характеристик, расхождение позиции с картой местности, «уезд» маркера на экране станции. Действия: прекратить выполнение задания; перейти в режим, не требующий точной позиции (удержание высоты и курса по магнитометру и барометру); определить положение визуально по ориентирам (статья 3.1, элемент 4); принять решение — возврат по кратчайшему пути на безопасной высоте либо посадка на запасную площадку (статья 1.2.05). Полный порядок действий при отказе позиционирования — статья 2.3.

4. 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).

5. Настройка тренажёров

5.1. ArduPilot SITL: ветер и навигация

5.2. Mission Planner: навигационные данные

6. Порядок выполнения упражнения

Элементы выполняются последовательно; переход к следующему — после достижения критерия предыдущего. Каждый полёт фиксируется в журнале налёта (статья 0.6).

Элемент 1. Навигационный треугольник на экране

Элемент 2. Измерение ветра двумя проходами

Элемент 3. Счисление пути при отказе позиционирования

Элемент 4. Навигационный расчёт маршрута

7. Типовые ошибки и их разбор

Ошибки сгруппированы по механизму возникновения. Инструктор фиксирует в протоколе тип ошибки: расчётная, процедурная, контроль или знание ограничений.

8. Практика: расчётные задачи (с решениями)

Задачи решаются письменно до лётной части упражнения. Значения округляются до десятых; ответ сопровождается единицами измерения.

Задача 1. Ветер двумя проходами

Задача 2. Склонение и магнитный курс

Задача 3. Полная навигационная задача участка

9. Критерии зачёта и чек-лист самопроверки

10. Источники

1. 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
2. Федеральные авиационные правила «Подготовка и выполнение полётов в гражданской авиации Российской Федерации» (приказ от 31.07.2009 № 128) — самолётовождение, счисление пути.
3. ICAO Doc 10019 «Manual on Remotely Piloted Aircraft Systems (RPAS)» — навигационное обеспечение полётов БВС.
4. ArduPilot Copter Documentation, «Compass Configuration» — параметр склонения COMPASS_DEC, калибровка магнитометров. ardupilot.org/copter/docs
5. ArduPilot Copter Documentation, «Extended Kalman Filter» — счисление и поведение EKF при потере спутников; отказная логика FS_EKF_ACTION, FS_EKF_THRESH.
6. ArduPilot Dev Wiki, «Using SITL for ArduPilot Testing» — имитация ветра и спутников: SIM_WIND_SPD, SIM_WIND_DIR, SIM_WIND_TURB, SIM_GPS1_NUMSATS, SIM_GPS1_LCKTIME.
7. Материалы по аэронавигации для внешней пилотной подготовки: навигационный треугольник, измерение ветра, магнитное склонение, счисление.
8. Статьи настоящего курса: 0.4 (модель под реальный БВС, версия ArduPilot 4.7), 0.6 (учёт налёта).
9. Статьи настоящего курса: 1.1.09 (ориентация и прямая видимость), 1.2.05 (выбор посадочной площадки), 2.3 (отказ систем позиционирования), 2.6 (опасные метеоусловия).
10. Статьи настоящего курса: 3.0 (методика маршрутного полёта, карточка маршрута), 3.1 (ручной полёт: угол сноса, ориентирование), 3.2 (автоматический полёт по миссии).

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).