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    航空百問:飛機如何不迷路?

    時間:2021年01月07日   來源:

    導航系統能夠幫助人們確定自己的位置,飛機的導航系統有些什么門道?

    生活中,為了到達目的地,人們會使用多種導航方式,例如,使用車載導航系統,查閱手機地圖尋找標志性建筑物等來辨別位置。而對于飛機來說,要在萬米高空飛行時也能精準定位而不迷航,就需要飛機導航系統。導航系統能夠提供飛機的位置、姿態、航向和速度等信息,讓飛機在缺乏參照物的天空中也能精確定位。飛機在剛誕生的時候,導航方式非常簡單,完全依靠飛行員目視觀測地標,配合地圖,可以沿著山脈或河流等有特征的地形飛行。后來人們參照航海的經驗,使用磁羅盤來指示方位,并使用六分儀來測量某一時刻太陽與地平線的夾角,以便獲得飛機所在位置的經緯度。

    現代飛機主要采用以慣性導航為核心的多信息源綜合導航系統作為飛機導航系統?,F在就讓我們來看一看慣性導航系統的主要測量部件——加速度計和陀螺儀。

    早期的陀螺儀主要是以牛頓力學為基礎的機械式轉子陀螺,當陀螺轉子旋轉時,陀螺的軸會指向某一固定方向保持不變,這就是陀螺的定軸性。利用定軸性可以測量出飛機每個時刻在指定方向的角速度信息,比如飛機機頭俯仰的角速度等。后來出現了激光陀螺和光纖陀螺,它們以沒有運動部件的光學系統替代了機械轉子來測量系統的旋轉運動,得到了廣泛應用。通過對陀螺儀測得的角速度信息進行積分處理,就能確定出飛機此時的姿態等信息。

    除了姿態和航向,掌握飛機的飛行速度也很重要,那么慣導系統又是如何測量飛機速度的呢?這就要依靠另一個叫做加速度計的部件了。

    在物體質量不變時,其加速度與所受的合外力成正比,而外力的大小可以通過某些物理量來間接測量,例如,彈簧提供彈力的大小可以通過其長度的變化來反映。慣導系統加速度計的原理與之相似,通過測量加速度計內部某些物理量的變化,可以計算出飛機在指定方向的加速度大小,然后對加速度信號進行積分處理,就能確定出飛機此時的飛行速度等信息了。

    慣性導航系統幾乎可以輸出所有必需的導航信息,但是慣性解算中存在積分過程,導航誤差會隨時間不斷積累。因此飛機不能僅依靠慣性導航系統,以慣性導航為核心的多信息源綜合導航才是主要的解決方案。

    慣性導航系統相當于人體頭部的前庭和半規管,以衛星導航為代表的無線電導航系統相當于人體的耳朵,視覺導航系統相當于人體的眼睛,地形輔助導航系統相當于人體對地形的記憶,綜合導航系統相當于人體的大腦。綜合導航系統能夠綜合處理系統內所有單一導航源提供的導航信息,可以為飛機在各飛行階段和任務階段,提供最優的、統一的、可用的、可靠的飛機導航信息。

    這就是現代飛機主要采用以慣性導航為核心的多信息源綜合導航系統作為飛機導航系統的原因所在。未來飛機導航系統將向智能化和協同化方向發展,支撐空天地一體柵格化網絡的愿景。

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