Чёрное море, автопилот Спэрри, НЛ-10М и подлодка или Пример навигации ”на коленке”
В качестве эпиграфа:
Приходит сын к папе-штурману и спрашивает:
- Пап, а сколько будет пятью пять ?
Отец достает из кармана НЛ-ку, шурует ей туда-сюда и говорит: "около двадцати трёх".
На следующий день приходит школяр домой весь заплаканный:
- Пап, а меня училка дураком обозвала и двойку поставила, говорит пятью пять будет двадцать пять.
Отец снова достал линейку, прикинул поточнее.
- Ну да, двадцать пять. Только нафиг вам в школе такая точность?
Начнём с того, что мне и моей летающей лодке PBY-5 от AlphaSim, с ласковым именем ”Каталина”, повезло. Александр Белов изменил динамику, состав приборов и добавил ливрею ВВС СССР от Aviateur , что сделало её полностью приспособленной для полярных полётов. Самолёт дополнительно оборудован оптическим визиром ОБП-1 (для определения УС), авиационным секстантом с искусственным горизонтом (для определения местоположения) и астрокомпасом АК-59П (для определения ИК по звездам и Солнцу).
Вдохновившись фактом обладания такой замечательной машиной, я решил продолжить модернизацию. Переставил ГПК с полярного варианта Ли-2В и магнитный Whiskey Compass с Альбатроса L-72c, часы АЧС с Ан-2, добавил ГМК и дистанционный магнитный компас Степана Грицевского, моделирующие влияние магнитного наклонения на датчик. Ну и в качестве завершающего штриха укомплектовал самолёт навигационной линейкой НЛ-10М из пакета Ил-18Д.
Все работы производились недалеко от мыса Херсонес, в Чёрном море. Погода стояла отличная, на рейде дымили два эсминца, летающую лодку покачивал лёгкий бриз. И вот, переоборудование наконец завершено, погода, как уже говорил, замечательная, настроение ей под стать. Соответственно захотелось тут же облетать обновлённую “Каталину”. А где? Опять планировать полёт, чертить карту, смотреть положение и частоты радиомаяков, магнитное склонение по трассе и т.п? Неохота, да и реальное время вроде бы уже позднее. А может слетать к подводной лодке? Тут же недалеко!
Тестовый сценарий мыса Херсонес мне дал опробовать Александр Белов. Нужно было оценить возможность обнаружения подводной лодки в надводном положении и под перископом. До этого я уже слетал к ней несколько раз и знал, как она выглядит и как обнаруживается. Без координат, найти лодку под перископом достаточно сложно. Требуются внимательность, терпение и секундомер (для определения начала разворотов). Поиск проще вести ”змейкой”. Выбираем размеры обследуемого квадрата и, с учётом скорости, с секундомером в руке, ходим параллельными прямыми и обратными курсами, чередуя левые и правые развороты.
Но куда-то пропал листочек с курсом и удалением, рассчитанными на Аэронавигационном калькуляторе. А что если попробовать рассчитать на линейке? Как наверное делали штурманы в старые добрые времена? Заодно оценим точность этого способа? Решено. Для подобных расчётов, необходимо лишь помнить что одна минута широты равна длине одной морской мили. Это просто:“Миля - Минута”, “ММ”.
Достаём НЛ-10М. У меня она на "Shift"+"8". Учитывая уровень комплектации моей "Каталины" я начал применять новый способ вызова приборов, подключаемых через "Shift"+"n". Хаткой джойстика открываешь какой-нибудь из малоинформативных видов (задний, задний правый и т.п.) и в нём вызываешь нужный прибор. Например астрокомпас на левый-передний, линейку на задний-правый, панель бортмеханика на задний. Единственное неудобство, это необходимость удерживать хатку на время работы с прибором. Но взамен получаем быстрый и простой механизм вызова прибора и быстрого возврата к передней панели.
Но вернёмся к НЛ-10М. Навигационная линейка отличается от обыкновенной логарифмической только наличием нескольких дополнительных шкал и выделенными числами, наиболее часто использующимися в навигационных расчётах. Например, “3600” (для перевода км/ч в м/c и обратно), “60” (для оперирования минутами и часами) и коэффициенты для футов, навигационной и английской миль.
Простота и изящество применения логарифмических функций не могут не восхищать даже сейчас. А людям, жившим в XV-XVII веках, и испытывающим серьёзные трудности при делении и умножении чисел, особенно больших, логарифмы представлялись почти волшебством. В XVII веке, шотландский барон и ученый, Джон Непер, лорд Мерчистонский, опубликовал трактат “Mirifici logarithmorum canonis descriptio”. Первое слово переводится как “удивительные”. Для наглядности барон демонстрирует набор палочек (прозванные “палочками Непера”), каждая соответствует определённому числу и имеет свою длину (пропорциональную логарифму этого числа). Сложив в линию две палочки и подобрав к их общей длине из набора третью (с суммарной длиной двух остальных), все обнаруживали удивительную вещь - общая длина соответствовала произведению первых двух чисел. Как писал восторженный Кеплер: “…он каждую задачу на умножение и деление превращает в чистое сложение и вычитание…”
Логарифмическая линейка, это практически те же самые палочки. Просто их набор в линейке заменён шкалами. Кстати, запомним порядок нумерации шкал НЛ-10М, которые мы будем использовать. Он един для всех учебников и пособий. На рисунках нумерация шкал приведена красными цифрами.
--
На последующих скриншотах с расчётами будут подписи с номерами используемых шкал. А над НЛ-10М треугольные отметки, показывающие, на какой вертикали снимались (выставлялись) нужные нам значения.
Теперь приступим к нашей навигационной задаче. Для небольших расстояний используем меркаторскую проекцию, широко применяемую моряками. Она удобна тем, что углы на ней не искажаются, и, при отсутствии карты, можно легко её построить при помощи линейки и транспортира на любом листке бумаги. Для подобных случаев существуют даже специальные разовые бланки (Universal Plotting Chart). Но в нашем случае (навигации на коленке) карту чертить не будем. Представим её мысленно. Итак, мы имеем две точки (самолёт и подлодка) в прямоугольной системе координат "широта - долгота".
То есть обычный прямоугольный треугольник с известными катетами. Пока нам известны координаты (широта и долгота) обеих точек. Нужно определить только курс(один из углов, прилежащих к гипотенузе) и удаление (гипотенуза).
Итак, координаты! В письме Саша указал их (N44,38971 и E33,04977) в десятичной системе.
Для перевода в минуты умножаем дробные части координат на 60.
Для широты: 0.39x60=23.7 минуты.
Для долготы считаем в уме 0,05x60=3 минуты.
Координаты "Каталины" смотрим по встроенной карте FS2004.
Итак, мы имеем:
"Каталина"(НПМ): N44 36.43’ E33 23.21’ (определили своё место по встроенной карте FS2004)
Подводная лодка(КПМ): N44 23.7’ E33 3.0’ (перевели данные из письма в удобный вид)
Значения целых градусов в координатах совпадают (лодка и самолёт находятся в пределах одного географического градуса), считаем только минуты. По широте мы должны удалиться на 36.43-23.7=12.73 минуты, а по долготе 23.21-3.0=20.21 минуты. Мысленно представляем наш треугольник, где катеты это смещение по широте и долготе, а гипотенуза – наша ЛЗП. Соответственно угол, прилегающий к "катету долготы" будет составляющей значения курса (он ведь измеряется от меридиана).
По широте одна минута равна морской миле, значит, расстояние по ней уже известно! 12.73 мили. А вот по долготе длина минуты, из-за схождения меридианов к полюсам, уменьшается пропорционально косинусу широты (см. Расчет карты для МСФС). НЛ-10М вычисляет прямо только синусы и тангенсы. Для получения косинуса берём дополнение до 90 градусов нашей широты 90-44=46. По линейке получаем cos(44)=sin(46)=0.72
20.21 умножаем на 0.72, (в уме 2 на 7) получаем 14 миль по долготе. Итак, наш треугольник имеет катеты 12.7 миль и 14 миль. Длину гипотенузы вычислим по теореме Пифогора (квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов).
12.7² равно 161
14² на линейке проглядывается как 195, но интуиция нам подсказывает, что последняя цифра все же 6 (4x4=16), поэтому спишем первое число на изношенность линейки и примем как результат 196.
Корень квадратный из 357 (161+196) равен 18.9 миль. Это и есть расстояние до подводной лодки.
Осталось определить Путевой угол(ПУ). Измеряется он от истинного меридиана. В нашем случае это катет долготы. Синус угла при “катете долготы” равен отношению противолежащего катета (широты) к гипотенузе (ЛЗП). 12.7 делим на 18.8, получаем 0.675
Синус 0.675 соответствует углу в 44 градуса.
Глядя на координаты НПМ и КПМ нашего маршрута, мы видим что полёт будет выполняться на юго-запад (широта и долгота уменьшаются). Следовательно, при отсутствии ветра, наш курс будет равен путевому углу, или 180 + 44 = 224 градуса от истинного меридиана. Переворачиваем линейку и переводим 18.8 морских миль в километры – 36.7 км.
Для определения магнитного склонения привинчиваем в штурманской кабине астрокомпас, благо погода и время суток позволяют им воспользоваться. На шкале долготы выставляем 33 градуса и вращением прозрачного колпака подводим вертикальную световую полосу между рисок экрана. По хорошему, в реале ещё надо было бы выставить ГЧУ Солнца, но симовский прибор упрощён. На курсовом лимбе считываем ИК. Его значение можно перевести нажатием мышкой на жёлтую стрелку в ГПК, шкала которого, позволяет считывать данные с большей точностью. Наш текущий ИК=99 градусов. Магнитные компасы дают МК=94 градуса.
Следовательно, величина магнитного склонения в этом районе, составляет +5 градусов, а заданный на полёт магнитный курс будет равен (MK=ИК-склонение=224-5) 219 градусов. В принципе, мы могли бы лететь только по данным астрокомпаса, не учитывая никаких склонений. Но комплексное самолётовождение требует применения всех навигационных средств, имеющихся на борту. И это разумно. Ведь погода имеет свойство изменяться, а астрокомпас перестаёт работат при отсутствии видимости небесных тел. Кстати, о погоде. Набрав на радиостанции частоту 122.0 послушаем сводку METAR, выдаваемую Active Sky: “CAVOK, ветер 130 градусов до трёх метров в секунду”.
Отлично! Как говорится:”видимость миллион на миллион, ветер до трёх метров, направление неустойчивое”. УС можно не учитывать. Запускаем двигатели, взлетаем и правым разворотом ложимся на заданный курс. На взлёте, в начале разворота, загорелась зелёная лампочка, сигнализирующая об отключении коррекции на ГМК – тряска и изменение крена сбивают показания прибора. При такой высокой степени реализма работы магнитного компаса, как и в реальных полётах, на разворотах приходится ориентироваться по ГПК:
Запоминаем курс взлёта на ГПК и выполняем разворот на требуемое количество градусов (в нашем случае это 130 вправо) по его шкале. Выравниваем машину и, после погасания лампы ГМК, корректируем курс по магнитному меридиану. На траверзе маяка запускаем счёт полётного времени на АЧС.
Выравниваем машину, режим "номинал", загружаем винты и ещё раз проверяем курс. Через пару минут мы уже в районе поиска, теперь магнитный компас нам не нужен. Маневрировать удобнее по гирокомпасам. ГПК-48 на ноль. Обе картушки автопилота на “N”. Это будет наш условный курс. Все развороты от него. Оставляем "в уме" только направление "ноль", время полёта “туда” и радиус разворота. Потом новый курс - 180, время полёта ”обратно” и опять разворот, но уже в другую сторону. И такой “змейкой” ходим до обнаружения цели.
На высоте 1000 футов уравновешиваем машину триммерами и включаем автопилот.
На “Каталине” установлен широко известный в 30-е годы “гироскопический автопилот Сперри”. Его работа обеспечивается вакуум-помпой, создающей поток воздуха для питания гироскопов и пневматических реле.
Основные органы управления:
- 1 Ручка задатчика верхней катушки (заданный курс)
- 2 Ручка крена
- 3 Ручка подъёма
- 4 Вакууметр
- 5,6 Картушки гирокомпасов
- 7 Авиагоризонт
- 8 Ручка задатчика нижней картушки (выставка гироскопа на опорное направление)
- 9 Ручка подключения автопилота
Рассмотрим варианты использования гирокомпасов автопилота.
- На нижней картушке задаётся текущий (“который сейчас”) курс. Причём он может быть любым. Всё зависит от того, какое направление мы приняли за опорное. Если магнитный меридиан, то выставляется то же значение, которое в данный момент показывает магнитный компас. Если используем истинный меридиан, то выставляем значение, полученное с астрокомпаса. Точно так же курс может быть условным. Например, при поисковых полётах выставляем 0 и принимаем его за опорное направление. А все маневры выполняются относительно нуля. Нижний гирокомпас выступает в роли хранителя опорного направления. Но его показания необходимо корректировать. Дело в том, что в 20-е года XX века, гироскопы имели большой уход в следствии несовершенства конструкции и отсутствия каких либо автоматических коррекций (например влияния вращения Земли), применяемых в современных гироскопических системах.
К сожалению, среди гироскопов созданных для FS2004, ухода, о котором говорит А.Джорданов, мне пока не довелось наблюдать, хотя в настройках симулятора соответствующий движок реализма, с самого начала был установлен на максимум. Видимо, поведение большинства приборов (а особенно всех видов компасов) симулятора “идеализировано” разработчиками для сохранения игрового момента.
Верхняя картушка задаёт самолёту курс, стремясь, при включении автопилота, занять одинаковое положение с нижней и разворачивая при этом самолёт. На нижней, обычно выставляется текущий курс Типовая методика применения автопилота Сперри такова:
- Выставляем нижнюю картушку согласно текущим показаниям выбранного, в качестве опорного, компаса.
- На верхней картушке выставляем заданный курс
- Разворачиваем самолёт до совмещения показаний картушек и включаем автопилот для его дальнейшего удержания.
В полёте механизм автопилота будет стремиться совмещать показания обеих картушек. Нижняя “держится” за меридиан, а верхняя “удерживает” самолёт относительно нижней картушки. При уходе гироскопа, когда очередная проверка даёт различие показаний нижней картушки и опорного компаса, автопилот выключают, а положение нижней картушки корректируют. Разворачивают самолёт до совмещения показаний и вновь включают автопилот. При изменении курса относительно опорного направления (например над ППМ) выключают автопилот и крутят верхнюю картушку на новое значение курса. Затем так же совмещают показания разворотом самолёта и включают автопилот. Про остальные аспекты применения автопилота, старина Ассен говорит так:
Разберёмся теперь со временем полёта. Указатель скорости нашей ”Каталины” подбирается к 130 милям в час. Мили у нас на указателе скорости английские сухопутные. НЛ-10М больше ориентирована метрические системы счисления, поэтому сначала переведём в них значение скорости. 130 английских миль в час соответствуют 220 км/ч.
Для охвата района поиска пролетим километров 40 (на 5 км дальше предполагаемой точки). Ставим на линейке кружок напротив значения 220 км/ч и, визиром отмечаем требуемое расстояние (40 км). Время полёта при такой скорости составит 6-7 минут.
Потом развернёмся на 180 вправо и будем двигаться 20 км. При нашей скорости, на это уйдёт 3-4 минуты. Оценим расстояние между проходами. На скорости 220 км/ч радиус разворота, при крене 10 градусов, составит 2.2 км.
То есть между “проходами” будет 2xR=4,4 км. Для обнаружения такой малозаметной цели, как перископ подлодки, расстояние подойдёт. Пускаем ручной секундомер (у меня он настоящий, для FS2004 пока не смог найти хорошую реализацию)
-“Экипажу внимание! Работаем!”
Внимательно оглядываем горизонт. Периодически контролируем высоту, Наш Сперри держит её не очень устойчиво. Признаков подлодки не наблюдается.
На 10-й минуте полёта выполняем первый разворот. Снова секундомер на отсчёт. Теперь на ГПК 180 и ”S” на нижней картушке автопилота. Крутим на такое же значение верхнюю картушку и снова включаем автопилот.
На 22-й минуте полёта в наушниках раздаётся радостный возглас бортстрелка: ”Слева по курсу наблюдаю бурун!”. Точно! Ложимся на боевой курс и идём со снижением к цели. К сожалению, на скриншоте бурун от перископа не заметен, но в FS2004 он просматривается как пульсирующее белое пятнышко.
А вот уже поближе:
Проходим над лодкой и набираем на радиостанции частоту 118МГц. Это сигнал лодке: ”Вы обнаружены, предлагаю всплыть”. Что-то вроде сброса глубинной бомбы. “Каталина” - один из самых опасных врагов для подлодки. Максимальная дальность полёта до четырёх с половиной тысяч километров, продолжительность полёта может достигать 20-30 часов, самолёт имеет радиолокатор и вооружён глубинными бомбами. Обнаруженной подлодке с этим лучше не шутить.
Разворачиваемся , садимся и подруливаем поближе. “Ая-яй-яй!”, грозим пальчиком –
“Это наши территориальные воды и под боком база ЧФ СССР! Хорошо, что время не военное. “
Обратно летим по радиопеленгатору на привод аэродрома старейшей авиационной школы под Качей. Можно было закончить повествование, например, вот так: “На прощание “Каталина” покачала крыльями. Шёл 1940 г. И никто из обоих экипажей не подозревал о том, что через три года им предстоит сойтись в жестокой схватке у кромки полярных льдов Карского моря.”
Но думаю, лодки этого класса, благодаря Александу Белову, появятся в виртуальных полярных морях пораньше. Вместе с остальными кораблями и базами.
Вот и маяк. Сразу вспоминается из детства "Эта книжечка моя про моря и про маяк" Владимира Маяковского:
"Вдруг -
обрадован моряк:
загорается маяк."
Возвращался к этому маяку как-то ночью, после многочасового полёта на этой же "Каталине", и прям чувство воcторга охватило, когда на расчётном времени, в темноте заметил его по курсу.
Садиться не стал, решил заодно проверить уход гироскопов. Но об этом в продолжении. Теперь глянем на трек нашего полёта.
В принципе, неплохо. Если бы выходили на расчётный курс прямо над маяком, то наверняка попали бы на лодку с первого прохода. А как обстоит дело с точностью расчёта? Запускаем Аэронавигационный калькулятор ЦАИ ГА и задаём координаты наших НПМ и КПМ:
По значению магнитного курса расхождение почти 5 градусов. Многовато, в следующий раз считать будем внимательнее. Кстати, сейчас посмотрел снова расчёты. Там где 20.21 умножаем на 0.72, (в уме 2 на 7) и получаем 14 миль достаточно заметная ошибка. Даже в уме можно не откидывать две десятые и мы получаем 14.4 мили. Но если считать с этой цифрой дальше, то курс получится ещё меньше, а расхождение с Аэронавигационным калькулятором больше. Ошибка где-то в другом месте. Что ж, будем тренироваться. А вот по удалению разница всего километр. В целом, этот полёт показал, что точность расчётов "на коленке" для подобных полётов вполне приемлема.
А главное, не так всё это и сложно, как нас пугают! :)
См. также
- Считаем на E-6B и НЛ-10М навигационный треугольник скоростей, TAS, время, скорость и расстояние
- Контроль пути в FS2004 при помощи навигационных звёзд или Как не портить карту прокладкой сомнеровых линий положения
UEMJ Алексей
