Авиагоризонт: устройство и применение в авиации¶

Авиагоризонт — это пилотажный прибор, указывающий положение летательного аппарата относительно плоскости истинного горизонта. Относится к классу гироскопических приборов и является основным средством отображения пространственного положения (крена и тангажа) в кабине экипажа. В отличие от указателя поворота, авиагоризонт работает на принципе свободного гироскопа с системой коррекции, что позволяет ему сохранять заданное вертикальное положение независимо от манёвров самолёта.

¶Принцип действия

Основным чувствительным элементом авиагоризонта является трёхстепенной гироскоп, ротор которого раскручивается до высоких оборотов (обычно 10 000–24 000 об/мин) электродвигателем или пневмоприводом. Главная ось гироскопа удерживается вертикально относительно земной поверхности. Благодаря свойству гироскопа сохранять направление оси в пространстве, корпус прибора, жёстко связанный с самолётом, изменяет своё положение относительно гироскопа при крене или тангаже. Это отклонение передаётся на механизм индикации.

Для компенсации суточного вращения Земли и сил трения в опорах авиагоризонт оснащается маятниковой или интегральной системой коррекции. Маятниковая коррекция, однако, имеет недостаток: при манёврах с ускорением (вираже) возникает ложная информация, называемая «продольным уводом». В современных электронных системах эта проблема решается использованием сигналов от акселерометров и датчиков угловых скоростей.

¶Устройство и индикация

Классический электромеханический авиагоризонт состоит из следующих основных узлов:

• Гироскопический узел — ротор, карданный подвес (наружная и внутренняя рамы).
• Система коррекции — маятниковые переключатели или датчики момента для восстановления вертикали.
• Механизм индикации — силуэт самолёта (неподвижен относительно корпуса) и подвижная шкала горизонта (сфера или лента).
• Арретир — устройство для застопоривания гироскопа при выключенном питании.

Индикация на приборе выполнена в виде «неподвижного самолётика» и движущегося фона «земля-небо». Верхняя часть шкалы (небо) обычно окрашена в голубой или серый цвет, нижняя (земля) — в коричневый или чёрный. По краям шкалы нанесены деления для отсчёта углов крена (через 10°, 20°, 30°, 60°), а также шкала тангажа с ценой деления 5°.

¶Классификация

Авиагоризонты подразделяются по нескольким признакам:

• По типу питания: электромеханические (переменный ток 36 В 400 Гц или постоянный ток 27 В) и пневматические (работают от вакуумной системы, характерны для лёгкой авиации).
• По типу индикации: классические стрелочные (АГД-1, АГБ-3) и электронные (на жидкокристаллических экранах, в составе комплексных систем).
• По месту установки: командные (основные, на приборной доске) и резервные (дублирующие).
• По количеству осей измерения: двухосные (крен и тангаж) и трёхосные (дополнительно угол скольжения, реже — курс).

В современных самолётах авиагоризонт часто входит в состав электронной системы индикации (EFIS), где его функции выполняет экранный индикатор авиагоризонта (ADI — Attitude Director Indicator). Такие системы используют не механический гироскоп, а лазерные или волоконно-оптические гироскопы с компьютерной обработкой сигналов.

¶Применение

Авиагоризонт устанавливается на всех типах летательных аппаратов — от лёгких поршневых самолётов до тяжёлых транспортных машин и истребителей. Он является обязательным элементом приборного оборудования для полётов по приборам (ППП). Лётчик использует показания прибора для:

• выдерживания прямолинейного горизонтального полёта;
• выполнения разворотов с заданным креном;
• вывода самолёта из сложного пространственного положения;
• контроля при заходе на посадку в облаках.

В вертолётах авиагоризонт также используется, однако из-за особенностей полёта (зависание, боковое перемещение) к нему предъявляются повышенные требования по точности и устойчивости коррекции.

¶Ограничения и особенности эксплуатации

Основным ограничением авиагоризонта является его зависимость от качества коррекции. При длительных разворотах с креном более 30° возникает погрешность, вызванная действием кориолисова ускорения на маятниковую систему. Также прибор требует времени на «выставку» (приведение оси гироскопа к вертикали) после включения — обычно 1–3 минуты. При отказе системы коррекции авиагоризонт переходит в режим «дрейфа», и его показания становятся недостоверными в течение нескольких минут.

Для повышения надёжности на многодвигательных самолётах устанавливают два независимых авиагоризонта, питающихся от разных шин, а также резервный авиагоризонт с автономным питанием от аккумулятора. В некоторых странах, включая Россию, для лёгкой авиации допускается использование пневматических авиагоризонтов, не требующих электрического питания.

¶История

Первый авиагоризонт был создан в начале XX века на основе гироскопических приборов Эльмера Сперри. В 1929 году Джимми Дулиттл выполнил первый полёт «вслепую» с использованием гироскопических приборов, включая авиагоризонт. В СССР серийное производство авиагоризонтов началось в 1930-х годах (приборы АГ-1, АГ-2). В послевоенные годы появились более совершенные модели АГД-1, АГБ-3, которые устанавливались на большинство отечественных самолётов (Ту-154, Ил-76, МиГ-21 и др.). С 1980-х годов начался переход к электронным системам индикации, однако классические авиагоризонты до сих пор используются в качестве резервных приборов.

¶Источники

1. Михайлов О. И., Козлов В. И. «Авиационные приборы и пилотажно-навигационные комплексы». — М.: Транспорт, 1989.
2. Браславский Д. А. «Приборы и датчики летательных аппаратов». — М.: Машиностроение, 1970.
3. Руководство по лётной эксплуатации самолёта Ту-154М (раздел «Пилотажные приборы»).
4. Federal Aviation Administration. «Instrument Flying Handbook». — Washington: FAA, 2012.