Введение
Полетный прибор, отображающий ориентацию воздушного судна относительно горизонта Земли.
Указатель положения (AI), ранее известный как гирогоризонт или искусственный горизонт, – это полетный прибор, который информирует пилота об ориентации воздушного судна относительно горизонта Земли и обеспечивает немедленное отображение малейшего изменения этой ориентации. Миниатюрное изображение самолета и линии горизонта имитируют взаимное расположение воздушного судна и реального горизонта. Это основной прибор для полетов в условиях инструментальной метеорологической видимости. Ориентация всегда представляется пользователям в градусах (°). Однако внутренние компоненты, такие как датчики, данные и вычисления, могут использовать как градусы, так и радианы, поскольку ученые и инженеры зачастую предпочитают работать с радианами.
История
До появления авиации искусственные горизонты использовались в небесной навигации. Предложения о создании таких устройств, основанных на гироскопах или вращающихся волчках, относятся к 1740-м годам. Более поздние реализации, также известные как пузырьковые горизонты, основывались на уровне пузырька и крепились к секстанту. В 2010-х годах из обломков HMS Erebus были извлечены остатки искусственного горизонта, использовавшего жидкую ртуть.
Использование
Основные компоненты искусственного горизонта включают в себя символический миниатюрный самолет, установленный таким образом, чтобы создавалось впечатление его полета относительно горизонта. Регулировочная ручка, предназначенная для учета линии видимости пилота, перемещает самолет вверх и вниз для выравнивания по линии горизонта. Верхняя половина прибора окрашена в синий цвет, символизирующий небо, а нижняя – в коричневый, символизирующий землю. Индекс крена в верхней части прибора показывает угол крена самолета. Ориентировочные линии в середине указывают на величину тангажа – угол наклона вверх или вниз относительно горизонта. Предлагаемая гибридная версия западной и российской систем была бы более интуитивной, но не получила распространения.
Операция
Сердце ИИ – это гироскоп (гиро), который вращается на высокой скорости, либо от электродвигателя, либо под действием потока воздуха, толкающего лопасти ротора, расположенные по его периферии. Поток воздуха обеспечивается вакуумной системой, приводимой в действие вакуумным насосом или диффузором (вентури). Воздух, проходящий через самое узкое сечение диффузора, имеет пониженное давление в соответствии с принципом Бернулли. Гироскоп установлен в двойной карданной подвесе, который позволяет самолету тангаж и крен, в то время как гироскоп остается в вертикальном положении. Механизм самовосстановления, приводимый в действие гравитацией, компенсирует любое прецессионное движение, вызванное трением в подшипниках. После первого запуска двигателя самолета может потребоваться несколько минут, чтобы механизм самовосстановления привел гироскопы в вертикальное положение. Указатели положения имеют механизмы, которые поддерживают прибор в горизонтальном положении относительно направления силы тяжести. Прибор может давать небольшие ошибки в тангаже или крене при длительных периодах ускорения, замедления, поворотов или из-за кривизны Земли под самолетом во время длительных перелетов. Изначально они часто имеют немного больший вес в нижней части, чтобы, когда самолет стоит на земле, они висели горизонтально и, следовательно, были горизонтальными при запуске. Но как только они запущены, этот нижний маятниковый вес не будет выравнивать их, если они не находятся в горизонтальном положении, а вместо этого его сила вызовет прецессию гироскопа. Чтобы гироскоп мог очень медленно ориентироваться по направлению силы тяжести во время работы, типичный гироскоп с вакуумным приводом имеет небольшие маятники на корпусе ротора, которые частично перекрывают воздушные отверстия. Когда гироскоп не находится в горизонтальном положении относительно направления силы тяжести, маятники будут качаться в направлении силы тяжести и либо открывать, либо закрывать отверстия, позволяя воздуху выходить из отверстий или предотвращая его выход, тем самым создавая небольшую силу для ориентации гироскопа по направлению силы тяжести. Электрические гироскопы могут иметь различные механизмы для достижения аналогичного эффекта. Старые ИИ были ограничены величиной тангажа или крена, которые они могли выдержать. Превышение этих пределов приводило к тому, что гироскоп опрокидывался, когда корпус гироскопа соприкасался с карданными подвесами, вызывая прецессионную силу. Чтобы предотвратить это, требовался механизм фиксации для блокировки гироскопа, если тангаж превышал 60°, а крен – 100°. Современные ИИ не имеют этого ограничения и, следовательно, не требуют механизма фиксации. FDAI может быть настроен на использование известных положений относительно Земли или звезд, чтобы инженеры, ученые и астронавты могли сообщать об относительном положении, ориентации и орбите аппарата.
Системы ориентирования и ориентирования
Системы определения пространственной ориентации и курса (AHRS) способны предоставлять информацию по трем осям, основанную на кольцевых лазерных гироскопах, которой можно обмениваться с множеством устройств в самолете, например, с основными дисплеями полета (PFD) в "стеклянной кабине". Вместо вращающегося гироскопа, современные AHRS используют твердотельную электронику, недорогие инерциальные датчики, датчики угловой скорости и магнитометры.
Показатель направления отношений
Индикатор направления полета (ADI), или индикатор директора полета (FDI), – это прибор, интегрированный с системой директора полета (FDS). ADI содержит компьютер, который получает информацию от навигационной системы, например, от AHRS, и обрабатывает ее для предоставления пилоту визуальной информации о трехмерной траектории полета, необходимой для удержания заданного курса. Эта информация отображается в виде V-образных указателей направления. Самолет представлен символом «дельта», и пилот управляет самолетом таким образом, чтобы символ «дельта» находился внутри V-образных указателей направления.