1. NAVIGAŢIA AERIANĂ – NOȚIUNI INTRODUCTIVE

1.1. Definiție

Navigaţia aeriană – ştiinţa ce se ocupă cu metodele şi mijloacele cele mai eficiente pentru asigurarea deplasării aeronavelor în spaţiul aerian în condiţii de deplină securitate a zborului.

Pentru a se putea realiza deplasarea este necesară menținerea aeronavei pe traiectul obligat și cunoașterea permanentă a poziției acesteia în spațiu, coordonate, direcție de zbor, viteză, înălțime și timp calculat între anumite repere.

1.2. Metodele navigației aeriene

Există mai multe metode de realizare a navigației aeriene, și anume:

- Metoda navigației observate – constă în determinarea poziției aeronavei comparând reperele de pe sol cu semnele convenționale de pe hartă.

- Metoda navigației estimate – constă în determinarea poziției aeronavei după diferite instrumente de la bord, efectuând unele calcule.

- Metoda navigației radioelectrice – constă în determinarea poziției aeronavei folosind mijloacele electronice ale aeronavei și/sau mijloace externe acesteia (amplasate pe sol sau sateliți).

- Metoda navigației astronomice – constă în determinarea poziției aeronavei după aștrii de pe bolta cerească, cu ajutorul anumitor instrumente optice de la bordul aeronavei.

- Metoda navigație inerțiale – constă în determinarea poziției aeronavei (și a tuturor celorlalte elemente de zbor) plecând de la principiul determinării accelerației ce ia naștere pe cele 3 axe ale aeronavei.

- Metoda navigației izobarice – constă în determinarea poziției aeronavei pornind de la diferența indicațiilor de înălțime citite pe altimetrul barometric și radioelectric.

- 1 -

1.3. Tipuri de coordonate utilizate în navigația aeriană

1.3.1. Coordonate geografice

Coordonate geografice: determinarea poziției aeronavei față de suprafață terestră, originea măsurătorilor fiind planul meridianului Grrenwich și planul ecuatorului. Coordonatele geografice se exprimă în grade, minute și secunde sexagesimale de latitudine și longitudine.

Longitudinea = Unghiul diedru format între planul meridianului Greenwich și planul meridianului ce trece prin punctul considerat, sau unghiul format între proiecțiile pe planul Ecuatorului a punctului considerat și a unui punct aflat pe meridianul 0.

Latitudinea = Unghiul format între planul ecuatorului și direcția de la centrul Pământului spre acel punct.

Diferenţa de latitudine = arcul de meridian cuprins între paralela punctului de plecare şi paralela punctului de sosire;

Δϕ=ϕ2−ϕ1

- dacă avionul se deplasează spre nord în raport cu paralela locului de plecare

- dacă avionul se deplasează spre sud în raport cu paralela locului de plecare

- 2 -

M

O (pol)

N

A

S

Diferenţa de longitudine = arcul de ecuator cuprins între meridianul punctului de plecare şi meridianul punctului de sosire;

Δλ= λ2−λ1

- dacă avionul se deplasează spre est în raport cu meridianul locului de plecare

- dacă avionul se deplasează spre vest în raport cu meridianul locului de plecare

1.3.2. Coordonate polare

Coordonate polare: Poziţia unui punct M se dă în funcţie de originea O (pol), un unghi numit azimut şi o distanţă faţă de punctul origine, măsurată pe drumul cel mai scurt. Sunt folosite în principal în radiolocaţie (pe ecranul radarului) și în sistemele de navigație: VOR, TACAN etc.

Azimutul = unghiul în plan orizontal determinat de planul meridianului de referinţă şi planul ce trece prin punctele O şi M.

1.3.3. Coordonate rectangulare

Coordonate rectangulare: poziţia avionului este exprimată prin două distanţe măsurate pe două axe perpendiculare, dintre care una (OY) coincide cu ruta obligată de zbor a avionului. Originea măsurătorilor (O) se amplasează, de regulă, în punctul inițial al traiectului. Valorile coordonatelor pot fi pozitive sau negative, în funcţie de poziţia faţă de origine.

- 3 -

A

O+y-y

-x

+x

Sunt folosite în special pentru determinarea abaterii laterale liniare faţă de ruta de zbor obligată.

1.4. Sisteme de coordonate utilizate în navigație

1.4.1. Clasificare în funcţie de originea sistemului de coordonate:

- Astrocentrice: originea este centrul unui corp ceresc:

o Geocentrice (originea este Pământul)

o Heliocentrice

o Selenocentrice

- Topocentrice: originea este un punct aflat la suprafaţa pământului

- Eczocentrice: originea se află în afara Pământului

1.4.2. Clasificarea în funcţie de suprafaţa de referinţă:

- Ecuatoriale: suprafaţa de referinţă este un plan ecuatorial

- Orbitale: suprafaţa de referinţă este un satelit

- Orizontale: suprafaţa de referinţă este un plan ce trece prin punctul în care observăm linia orizontului

În navigaţia aeriană se folosesc sistemele geocentrice ecuatoriale.

În navigaţia cosmică se folosesc sistemele heliocentrice orbitale.

- 4 -

1.5. Liniile de poziție ale avionului

Linia de poziţie este locul geometric al tuturor punctelor care pot reprezenta poziţia avionului pe suprafaţa pământului. În practica navigaţiei aeriene se folosesc următoarele linii de poziţie:

- loxodroma;

- ortodroma;

- linia azimuturilor egale;

- linia distanţelor egale etc.

Loxodroma este linia de poziţie care trece prin punctul de plecare PIT și punctul de sosire PFT al drumului avionului și intersectează meridianele sub acelaşi unghi constant.

Din punct de vedere geometric, loxodroma prelungită dincolo de capetele drumului apare ca o spirală care se apropie de poli, dar fără să-i atingă (excepție de la această regulă fac paralelele, meridianele și ecuatorul).

Elementele loxodromei sunt distanţa loxodromică (AB) şi drumul loxodromic (unghiul ).

Zborul pe loxodromă este folosit în cazul distanțelor mici (sub 1.000 km).

Ortodroma reprezintă arcul de cerc care trece prin punctul de plecare şi de sosire ale unei traiectorii de pe suprafaţa Pământului. Este drumul cel mai scurt între aceste puncte. Lungimea arcului AB se numeşte distanţă ortodromică, iar unghiul drumului de urmat se numeşte drum ortodromic.

- 5 -

Ortodroma intersectează meridianele sub unghiuri diferite. Zborul avionului pe ortodromă se execută pe distanțe mari (peste 1.000 km) și presupune o schimbare permanentă a direcţiei geografice de urmat. Aceasta nu reprezintă o problemă, datorită mijloacelor de navigaţie care urmăresc deplasarea funcție de mijloacele radioelectrice de la sol, care sunt dispuse pe ortodromă.

1.6. Elemente și mărimi utilizate în navigația aeriană

1.6.1. Direcția

Direcția indică poziția sau orientarea unui punct în spațiu, în raport cu un alt punct, fără a ține cont de distanța între ele. În toate metodele de navigație aeriană, elementul cel mai important îl constituie cunoașterea direcției în plan orizontal (direcția de zbor).

Direcţia poate fi exprimată bidimensional (în plan orizontal) sau tridimensional (în spaţiu).

Direcția poate fi indicată prin mai multe elemente, evidențiate în figura de mai jos:

- 6 -

Gismentul (GR) reprezintă unghiul format între axa longitudinală a avionului şi direcţia ortodromică către un mijloc de radionavigaţie, de regulă un radiofar nedirecţional, de la sol. Se măsoară în sensul acelor de ceasornic, începând dinspre partea din faţă a avionului.

Drumul de zbor reprezintă unghiul măsurat între meridianul care trece prin punctul avionului și direcția de deplasare (traiectul) a avionului.

Capul compas al avionului (C) este unghiul măsurat între meridianul care trece prin punctul avionului și axa longitudinală a avionului.

Relevmentul mijlocului de radionavigaţie (RR) este unghiul măsurat între meridianul care trece prin punctul avionului şi direcţia ortodromică către mijlocul de radionavigaţie, de regulă un radiofar sau un radiogoniometru. Se măsoară de la direcţia meridianului, în sensul acelor de ceasornic.

- 7 -

RR = C + GR

Relevmentul avionului (RA) este unghiul măsurat între meridianul care trece prin punctul de amplasare al mijlocului de radionavigaţie şi direcţia ortodromică către punctul avionului. Relevmentul avionului se măsoară de la direcţia meridianului, în sensul acelor de ceasornic.

- 8 -

RA = RR + 180o

1.6.2. Distanța

Distanța este spațiul dintre două puncte și reprezintă lungimea măsurată a liniei care unește aceste puncte.

1.6.3. Înălțimea

Înălţimea (altitudinea) de zbor = element principal al navigaţiei aeriene, având legătură directă cu siguranţa zborului.

- înălţimea convenţională (Hc): determinată barometric, diferenţa de înălţime dintre punctul curent în care se află aeronava şi suprafaţa la nivelul căreia presiunea atmosferică are 760mm col. Hg.

- Înălţimea absolută (Ho): înălţimea măsurată faţă de nivelul mării; este utilă deoarece pe toate hărţile înălţimile diferitelor puncte sunt date având ca referinţă nivelul mării.

- Înălţimea adevărată (Ha): înălţimea măsurată între centrul de masă al avionului şi proiecţia gravitaţională pe sol a acestuia.

- Înălţimea relativă (Hr): înălţimea măsurată între centrul de masă al avionului şi un punct de referinţă.

- 9 -

Hbar=760mmHgRef

Hc Ho

Ha

Hr

1.6.4. Timpul

Timpul reprezintă definirea unui moment considerat sau intervalul între două momente considerate.

Din punctul de vedere al navigației aeriene, principalele valori care interesează sunt:

- Durata zborului

- ETA (Estimate Time of Arrival) = Timpul estimat pentru aterizare

1.6.5. Viteza

În cazul navigației aeriene, este necesar să se cunoască întotdeauna viteza reală a avionului, numită și viteza față de sol. Aceasta poate fi determinată instrumental, cu ajutorul radarului Doppler, a radarului panoramic de bord sau al altor sisteme. În afară de aceste procedee, viteza față de sol poate fi determinată și grafic sau analitic, cunoscându-se viteza proprie a avionului și viteza vântului. Un astfel de exemplu este prezentat mai jos:

- 10 -

VPA = Viteza proprie a avionului (datorată motoarelor) / Axa avionuluiVv = Viteza vântului / Direcția vântuluiVs = Viteza față de sol / Drumul (Ruta impusă)v = Deriva (are valori pozitive, dacă ruta este în dreapta axei

avionului, respectiv negative, în caz contrar)Udv = Unghiul drumului cu vântulUcv = Unghiul capului cu vântulObs.: Deplasarea pe direcția dorită se poate realiza prin modificarea Ucv

sau prin modificarea VPA.

- 11 -

2. DINAMICA ZBORULUI

2.1. Forțele care acționează asupra unui avion

Asupra unui avion aflat în zbor acționează patru forțe, care trebuie să se afle în echilibru. Forțele respective, evidențiate în figura de mai jos, sunt:

- Greutatea

- Portanța

- Tracțiunea

- Rezistența la înaintare

Greutatea este o forţă orientată întotdeauna spre centrul pământului. Ea este direct proporţională cu masa avionului şi depinde de încărcarea sa. Deşi este distribuită asupra întregului aparat, ne putem imagina că ea este colectată şi acţionează asupra unui singur punct, numit centrul de greutate. În zbor, deşi aeronava se roteşte în jurul centrului de greutate, orientarea greutăţii rămâne tot spre centrul pământului. În timpul zborului greutatea scade constant datorită consumării combustibilului din rezervoare. Distribuţia greutăţii şi centrul de greutate se pot şi ele schimba, de aceea pilotul trebuie să ajusteze constant comenzile pentru a ţine avionul în echilibru.

Portanţa este forţa care ţine avionul în aer și este generată de trecerea curentului de aer peste suprafețele portante principale (aripile). Caracteristicile curentului de aer mai sunt influențate și de mărimea avionului, forma aripilor,

- 12 -

densitatea și vâscozitatea aerului, etc. Forța portantă este perpendiculară pe curentul de aer relativ și pe traiectoria de zbor a avionului. Portanța depinde de:

- Forma aripii

- Unghiul de atac

- Densitatea aerului

- Viteza curentului de aer

- Suprafața aripii.

Tracţiunea este asigurată de sistemul de propulsie. Valoarea tracţiunii depinde de mai mulţi factori asociaţi sistemului de propulsie: tipul motorului, numărul de motoare, comanda motorului, viteza şi înălţimea de zbor. În figura de mai sus, cele două motoare ale avionului sunt dispuse sub aripi şi orientate paralel cu fuzelajul, deci tracţiunea va acţiona pe linia central longitudinală a fuzelajului. La unele avioane (de exemplu Harrier) direcţia tracţiunii poate varia în funcţie de evoluţia pe care o execută. De exemplu la decolare ea este orientată la un anumit unghi faţă de axa longitudinală a avionului, pentru a "ajuta" avionul să decoleze. Însă, la avioanele turboreactoare, gazele de ardere sunt evacuate în direcţie opusă direcţiei de zbor, iar acest lucru face ca avionul să fie "împins" înainte, pe principiul acţiune - reacţiune descris de Newton.

Rezistența la înaintare este termenul care definește rezistența aerului ce se manifestă asupra unui avion, atunci când acesta se mișcă relativ prin aer. Ea se opune mișcării, este paralelă și are aceeași direcție cu curentul de aer relativ (adică se opune direcției de zbor). Forța de rezistență la înaintare totală este suma diferitelor forțe de frânare care acționează asupra avionului în zbor este asigurată de sistemul de propulsie. Valoarea tracţiunii depinde de mai mulţi factori asociaţi sistemului de propulsie: tipul motorului, numărul de motoare, comanda motorului, viteza şi înălţimea de zbor. În figura de mai sus, cele două motoare ale avionului sunt dispuse sub aripi şi orientate paralel cu fuzelajul, deci tracţiunea va acţiona pe linia central longitudinală a fuzelajului. La unele avioane (de exemplu Harrier) direcţia tracţiunii poate varia în funcţie de evoluţia pe care o execută. De exemplu la decolare ea este orientată la un anumit unghi faţă de axa longitudinală a avionului, pentru a "ajuta" avionul să decoleze. Însă, la avioanele turboreactoare, gazele de ardere sunt evacuate în direcţie opusă direcţiei de zbor, iar acest lucru face ca avionul să fie "împins" înainte, pe principiul acţiune - reacţiune descris de Newton. Se poate considera că rezistența la înaintare este concentrată în punctul denumit centru de presiune.

- 13 -

2.2. Zborul orizontal

În cazul zborului orizontal, forțele menționate anterior arată ca în figura prezentată mai sus, iar condiția de echilibru este:

G = Fz (greutatea este egală cu portanța)

T = Fx (tracțiunea este egală cu rezistența la înaintare – în cazul zborului constant, rectiliniu, la orizontală)

2.3. Urcarea

Pentru o urcare normală constantă, forța de tracțiune T acționează în direcția zborului, direct opusă forței de rezistență la înaintare, Fx. Forța portantă acționează perpendicular pe direcția de zbor. Forța de greutate acționează vertical, având și o componentă care acționează în direcția opusă celei de zbor.

În această situație, trebuie să se realizeze următoarele egalități:

T = Fx + G1

Fz = G2

2.4. Coborârea

2.4.1. Planarea

Planarea reprezintă coborârea fără acțiunea motorului (elicei). În acest caz, asupra avionului acționează numai trei forțe:

- Greutatea

- 14 -

- Portanța

- Rezistența la înaintare.

În acest caz, o componentă a greutății (G1) acționează în direcția de zbor, echilibrând rezistența la înaintare:

G1 = Fx

în timp ce a doua componentă a greutății (G2) trebuie să fie egală cu portanța:

G2 = Fz

Unghiul de coborare (a) este dedus din formula:

G1 = G tg = Fx,

având valoarea:

tg = Fx / G

2.4.2. Coborârea cu motorul pornit

În cazul coborârii cu motorul pornit, asupra avionului acționează toate cele patru forțe cunoscute, deoarece elicea produce tracțiune. În acest caz, forța de tracțiune ajută la echilibrarea forței de rezistență la intrare, în consecință fiind necesar un G1 mai mic, deci un unghi de coborâre mai puțin accentuat și o rată de coborâre mai mică, față de planarea cu motorul oprit.

- 15 -

Egalitatea forțelor devine:

T + G1 = Fx

G2 = Fz

De aici, rezulta:

G1 = Fx – T = G tg

tg = (Fx – T)/G < tg

- 16 -

3. COMPONENTELE UNUI AVION ŞI FUNCŢIILE LOR

Imaginea de mai sus arată componentele unui avion şi funcţiile lor. Avioanele sunt dispozitive de transport care sunt proiectate să transporte persoane şi marfă dintr-un loc în altul. Avioanele au mai multe forme şi mărimi diferite în funcţie de misiunea avionului. Imaginea de mai sus prezintă un avion cu reacţie de linie care a fost ales ca avion tipic.

Toate avioanele au un sistem de comanda creat pentru a-i permite pilotului sa efectueze manevre cu avionul in timpul zborului in jurul celor trei axe.

- 17 -

Momentele (fortele de rotatie) necesare pentru indeplinirea acestui aspect sunt generate prin schimbarea elementelor curentului de aer din jurul suprafetelor portante, modificandu-le forma sau schimbandu-le pozitia. Suprafetele de comanda pe care pilotul le poate misca sunt de obicei suprafete mobile in apropierea capetelor suprafetelor portante astfel incat sa aiba o parghie cat mai mare fata de centrul de gravitatie pentru a crea un moment al bratului cat mai mare si o eficacitate mare a comenzilor.

3.1. Fuzelajul

Fuzelajul este partea aeronavei în care este plasată cabina piloţilor, cabina pasagerilor, încărcătura de transport şi cea mai mare parte a echipamentelor şi instalaţiilor de bord. El reprezintă corpul central de care se leagă aripa, stabilizatoarele (ampenajele) şi trenul de aterizare. Fuzelajul trebuie să aibă o rezistenţă la înaintare minimă. De aceea forma sa trebuie să fie aerodinamică, să aibă cât mai puţine proeminenţe, suprafaţa "spălată" de curentul de aer să fie bine finisată şi cu cât mai puţine ondulaţii.

Cele mai folosite în prezent în construcţia aerospaţială sunt fuzelajele tip cocă, care s-au impus definitiv odată cu apariţia motoarelor turboreactoare. Elementele principale ale fuzelajelor de tip cocă sunt: structura longitudinală formată din lonjeroane şi lise, structura transversală formată din cadre, şi învelişul rezistent.

Fuzelajul, sau corpul avionului susţine toate piesele unui avion laolaltă. Fuzelajul este gol pentru a oferi spaţiu de transport, dar şi pentru a reduce greutatea. Ca şi multe alte componente ale unui avion, forma fuzelajului este determinată de misiunea avionului. Un avion de luptă supersonic are un fuzelaj

- 18 -

foarte subţire, aerodinamic, pentru a reduce încetinirea şi pierderea controlului cauzate de viteza de zbor foarte mare. Un avion de pasageri are fuzelajul foarte mare pentru a putea transporta cât mai mulţi pasageri şi marfă. La un avion cu reacţie de pasageri, piloţii stau în cockpit, în partea din faţă a fuzelajului. Pasagerii şi marfa sunt transportate în partea din spate a fuzelajului şi combustibilul este stocat de obicei în aripi. La un avion de luptă, cockpit-ul este de obicei plasat deasupra fuzelajului, armele sunt plasate pe aripi, iar motorul şi combustibilul este plasat în spatele acestuia.

Greutatea unui avion este distribuită peste tot de-a lungul acestuia. Fuzelajul cu tot cu pasagerii şi încărcătura, contribuie major la creşterea greutăţii. Centrul de greutate al unui avion este locaţia medie a greutăţii (unde avionul stă în echilibru), şi este localizat de obicei în interiorul fuzelajului. În zbor avionul se roteşte în jurul centrului de greutate datorită cuplului de torsiune genrat de elevator, cârmă şi eleroane. Fuselajul trebuie să fie destul de rezistent pentru a rezista acestor forţe.

3.2. Aripa

În zborul aerodinamic, bazat pe forţa portantă, cea mai importantă parte a avionului este aripa. Împreună cu stabilizatoarele orizontale (ampenajele), aripa asigură sustentaţia, stabilitatea şi manevrabilitatea avionului. În general aripa este compusă din structura de rezistenţă, înveliş exterior, rezervoarele de combustibil, aparatura hidro-pneumatică aferentă comenzilor. Sub aripă se instalează trenul principal de aterizare al avionului, sistemul de propulsie, rachete, bombe sau rezervoare.

Elementele constructive ale unei aripi de avion obişnuite sunt: lonjeroanele, lisele, nervurile, panourile de înveliş şi alte piese componente, de

- 19 -

rigidizare (ex: montanţi) folosite pentru transmiterea eforturile între aripă şi fuzelaj sau între tronsoanele aripii.

Aripile cu cel puţin două lonjeroane împreună cu învelişul formează chesonul de rezistenţă, care are sarcina de a prelua eforturile aerodinamice şi mecanice la care este supusă aripa.

3.2.1. Chesonul de rezistenţă

Lonjeroanele sunt elemente de rigidizare aşezate de-a lungul aripii, care preiau cea mai mare parte din forţele şi momentele ce acţionează asupra acesteia. Au aspectul unei grinzi consolidate alcătuite din tălpi (profile corniere) şi inimă (platbandă), îmbinate între ele cu nituri. Sunt realizate de regulă din materiale rezistente la încovoiere şi răsucire: duraluminiu, titan, oţeluri speciale.

Nervurile sunt elemente de rigidizare transversală a aripii, montate de obicei perpendicular pe bordul de atac al aripii. Nervurile au rolul de a păstra forma aripii şi de a transmite solicitările aerodinamice la lonjeroane şi lise. Pot fi nervuri simple sau nervuri de forţă, acestea din urmă având rolul suplimentar de a prelua forţele concentrate datorate diverselor echipamente şi instalaţii acroşate de aripi.

Lisele sunt elemente de rigidizare montate în lungul aripii cu rolul de a prelua solicitările axiale datorate încovoierii aripii. Ele trebuie să fie rezistente la întindere şi compresiune şi măresc rezistenţa învelişului la deformaţie. Sunt obţinute tehnologic prin extrudare sau îndoire şi sunt alcătuite din duraluminiu, aliaje pe bază de titan sau oţel inoxidabil.

Învelişul aripii are rolul de a menţine forma sa şi este realizat din tablă de duraluminiu sau aliaje pe bază de titan, magneziu etc. Învelişul este solicitat la eforturi de încovoiere şi răsucire. Ele este prins de celelalte elemente prin nituri. Dacă distanţa dintre lise este mică se foloseşte pentru rigidizarea învelişului tablă

- 20 -

ondulată. Îmbinarea tablei ondulate cu invelişul se poate face prin metoda suduri, nu prin nituire. Dacă aripa are grosime mică, învelişul se poate realiza prin panouri monolit. Construcţia unei astfel de aripi se realizează prin îmbinarea panourilor dintr-o singură bucată. La aripile cu grosime foarte mică, spaţiul interior nu mai cuprinde elemente de rigidizare, ci este umplut cu structură de tip fagure sau cu alt material compozit, rezultând o structură compactă, cu rezistenţă mecanică mare.

3.2.2. Definiţiile geometriei aripii

Imaginile de mai sus oferă definiţii tehnice ale geometriei aripii, care este unul dintre factorii principali care afectează portanţa avionului şi rezistenţa la înaintare. Figura arată o aripă privită din trei unghiuri diferite; o aripă privită de sus (colţul din stânga-sus), o aripă privită din lateral (colţul stânga jos), şi o aripă privită din faţă (dreapta jos).

Vederea de deasupra

Vederea de deasupra din imagine arată o aripă simplă, a unui avion uşor. Partea din faţă a aripii (în partea de sus) se numeşte bord de atac; partea din spate a aripii (în partea de jos a imaginii) este numită bord de fugă sau de scurgere. Distanţa dintre bordul de fugă şi cel de scurgere se numeşte coardă, notat cu litera „C”. Capetele aripii se numesc vârfuri, iar distanţa dintre două

- 21 -

vârfuri se numeşte anvergură, notată cu simbolul „S”. Forma aripii privită de sus se numeşte planformă. În figură, planforma este un dreptunghi. Pentru o aripă cu planforma dreptunghiulară, lungimea coardei este pe toată lungimea anvergurii egală. Pentru multe alte planforme, lungimea corzii variază o dată cu lungimea anvergurii. Aria aripii (A) este aria proiectată a planformei şi este limitată de bordul de atac, bordul de scurgere şi de vârfuri.

Aria aripii este DIFERITĂ de aria totală a aripii. Aria totală a aripii include suprafeţele inferioară şi superioară. Aria aripii este o arie proiectată şi este aproape jumătate din aria totală.

Raportul este o măsură a cât de lungă şi cât de zveltă este o aripă dintr-un vârf în celălalt. Raportul unei aripi este definit ca pătratul anvergurii împărţit la aria aripii şi este notat cu simbolul AR. Pentru o aripă dreptunghiulară, aceasta se reduce la raporul anvergură şi coardă.

AR = s2/A = s2/ (s.c) =s/c

Aripile cu raport mare au anverguri mari (precum planoarele de performanţă), pe când avioanele cu raport mic au anverguri mici (precum F-16 Fighter) sau corzi mari. Există o parte a tracţiunii unui avion, numită tracţiune indusă, care depinde invers de raportul imaginii aripii. O aripă cu un raport mare are o tracţiune mai mică şi o portanţă puţin mai mare decât aripile cu un raport mic. Deoarece unghiul de planare a unui avion depinde de raportul portanţei la tracţiune, un planor este de obicei proiectat cu un AR foarte mare. O navetă spaţială are un AR mic şi este un planor foarte prost. Avioanele F-14 şi F-111 sunt cele mai bune în ambele cazuri. Ele îşi pot modifica raportul în timpul zborului prin pivotarea aripilor – anvergură mare pentru viteză mică, anvergură mică pentru viteză mare.

Vederea din faţă

Vederea din faţă a aripii din desen ne arată că aripa dreaptă şi cea stângă nu se află în acelaşi plan dar se întâlnesc la unghi. Unghiul pe care aripile îl au faţă de orizontală se numeşte unghi diedru. Acesta este adăugat aripilor pentru a mări stabilitatea la rotaţie; o aripă cu un unghi diedru se va întoarce natural la poziţia originală dacă întâlneşte o rotaţie (cu cât este mai mare unghiul diedru, cu atât stabilitatea avionului faţă de rotaţie este mai mare, dar un unghi diedru mare are unele inconveniente, ca reducerea manevrabilităţii. Poate aţi observat că avionele de serie mari, cu anverguri mari au unghi diedru. Vârfurile aripilor sunt la o înălţime mult mai mare faţă de sol decât baza lor. Pe cealaltă parte, avionele de luptă foarte manevrabile nu au unghi diedru. De fapt, unele avione de luptă au chiar un unghi diedru negativ, pentru a mări performanţa la rotire.

Vederea din lateral

- 22 -

O tăietură în aripă perpendiculară pe bordurile de atac şi de scurgere ne va arăta o secţiune trensversală prin aripă. Este numită nervură şi are definiţiile geometrice în colţul din stânga jos. Linia dreaptă dintre bordul de atac şi cel de scurgere este numită linie de coardă. Linia de coardă împarte nervura în suprafaţa superioară şi cea inferioară. Dacă împărţim nervura în două, pe o linie la jumătatea distanţei dintre extremităţile suprafeţei superioare şi a celei inferioare, vom obţine o linie numită linia curburii medii. Pentru o nervură simetrică (suprafaţa superioară este egală ca formă şi dimensiuni cu cea inferioară), limia curburii medii va fi peste coardă, dar în cele mai multe cazuri, aceste linii sunt diferite, deci suprafaţa superioară este diferită de cea inferioară. Distanţa maximă dintre linia curburii medii şi linia de coardă este curbura aripii. Distanţa maximă dintre suprafaţa superioară şi cea inferioară este numită grosime. Adesea vedeţi aceste dimensiuni împărţite la lungimea liniei de coardă, pentru a produce un număr procentual. Nervurile aripilor pot avea o largă varietate de combinaţii de curburi şi grosimi.

3.3. Stabilizatorul (ampenajul) orizontal. Elevatorul (profundorul)

 În spatele fuselajului celor mai multor avione există un stabilizator orizontal şi un elevator. Stabilizatorul orizontal este o aripă fixă cu scopul de a furniza stabilitate avionului, adică pentru a-l ţine drept în zbor. Aceste previne mişcarea sus-jos a botului avionului, sau tangajul. Elevatorul este o mică piesă mobilă de la spatele stabilizatorului orizontal fixată de acesta prin balamale. Prin rotirea elevatorului se variază forţa creată de coada avionului şi este utilizat

- 23 -

pentru a genera şi controla mişcarea de tangaj a avionului. Elevatoarele lucrează în pereche; când unul este în sus, şi celălalt este tot în sus.

Elevatorul este utilizat pentru a controla poziţia botului avionului şi a unghiului de atac al aripilor. Modificând înclinaţia aripilor se modifică portanţa generată de acestea. Aceste lucruri, combinate, creează urcarea şi coborârea avionului. În timpul decolării, elevatoarele sunt ridicate pentru a ridica botul avionului şi pentru a putea începe ascensiunea. În timpul unui viraj pe verticală, elevatoarele sunt utilizate pentru a mări portanţa şi a cauza un viraj mai strâns, motiv pentru care performanţa elevatoarelor este atât de importantă pentru avioanele de luptă. Elevatoarele realizează, de fapt, modificarea bordului de scurgere a stabilizatoarelor orizontale.

Pilotul controleaza elevatorul prin miscarea inainte si inapoi a mansei – miscarea inainte duce elevatorul in jos, ceea ce are ca efect impingerea avionului cu botul in jos, si miscarea inapoi a mansei misca elevatorul in sus, ceea ce are efectul de a trage in sus botul avionului.

3.4. Stabilatorul

 În spatele fuselajului, majoritatea avionelor au un stabilizator orizontal şi un elevator care furnizează mişcarea sus-jos a avionului, sau tangajul. Pe multe avioane de luptă, pentru a satisface cerinţele de manevrabilitate mare a acestora, stabilizatorul şi elevatorul sunt combinate într-o suprafaţă numită stabilator. Deoarece stabilatorul se mişcă, el variază forţa generată de suprafaţa cozii şi este folosit pentru a controla tangajul avionului. De obicei este câte un stabilator pe fiecare parte a fuselajului şi ele funcţionează în perechi; când un stabilator este în sus, şi celălalt va fi tot în sus. Stabilatoarele sunt folosite pentru

- 24 -

a controla poziţia vârfului avionului şi a unghiului de atac al aripii. Modificarea înclinaţiei aripii modifică portanţa generată de aceasta. Acest lucru cauzează urcarea sau coborârea avionului. În timpul decolării, stabilatoarele sunt folosite pentru a ridica botul avionului şi a începe ascensiunea. În timpul unui viraj, stabilatoarele pot fi folosite pentru a lua virajul mai strâns.

3.5. Eleroanele

Eleroanele sunt utilizate pentru a genera o mişcare de rotaţie a unui avion. Eleroanele sunt mici secţiuni ale bordului de scurgere a aripilor, fixate în balamale, de obicei la capetele bordului de fugă ale aripilor. Eleroanele lucrează de obicei în opoziţie: când eleronul din dreapta este în sus, cel din stânga este în jos şi viceversa. Imaginea de mai jos arată ce se întâmplă atunci când pilotul ridică eleronul din dreapta şi coboară eleronul din stânga.

Eleroanele sunt folosite pentru a înclina avionul; o aripă coboară şi cealaltă urcă. Înclinaţia creează o forţă laterală, care este o componentă a forţei uriaşe de portanţă, aşa că această înclinaţie creează virarea avionului (avioanele virează şi din cauza înclinaţiei efectuate cu ajutorul eleroanelor, nu doar din cauza cârmei).

 Eleroanele funcţionează prin schimbarea formei efective a nervurii în zona din spate a aripii. Aşa cum este prezentat şi în imaginea de mai sus, modificarea unghiului de deflecţie în spatele unei aripi va modifica portanţa creată de aceea aripă. Cu o deflecţie în jos, va creşte portanţa creată, iar cu o

- 25 -

deflacţie în sus, portanţa va scădea. Aşadar, portanţa creată de aripa stângă creşte, iar cea creată de aripa dreaptă scade. Pentru ambele aripi, portanţa (Fr sau Fl) unei aripi crescută sau scăzută cu ajutorul eleroanelor este aplicată centrului aerodinamic al secţiunii respective, care este la o anumită distanţă (L) de centrul de greutate al avionului. Aceasta crează o torsiune (T) asupra centrului de gravitaţie care se calculează prin formula T=FxL. Dacă forţele (şi distanţele) sunt egale, nu există torsiune netă asupra avionului. Dar dacă forţele sunt inegale, există o torsiune netă asupra centrului de gravitaţie care face ca avionul să se rotească în jurul acestuia. În cazul arătat în figură, mişcarea de rotaţie a avionului este spre dreapta (în sens orar) dacă privim din spate. Dacă pilotul schimbă deflecţia eleroanelor (eleronul drept în sus şi cel stâng în jos), avionul se va roti în direcţie opusă (în sens antiorar).

3.6. Stabilizatorul vertical (deriva). Cârma

 

În spatele fuzelajului majoritatea avioanelor au un stabilizator vertical şi o cârmă. Stabilizatorul este o secţiune de aripă fixă cu scopul de a furniza stabilitate avionului, pentru a-l ţine drept în zbor. Acesta previne rotirea botului avionului. Cârma este o mică secţiune rotitoare din spate a stabilizatorului vertical, care este ataşată secţiunii fixe prin balamale. Deoarece cârma se mişcă, variază cantitatea de forţă generată de suprafaţa cozii şi este utilizată pentru a

- 26 -

controla rotaţia (virarea) avionului. Imaginea de mai sus arată ce se întâmplă când pilotul deflectează cârma.

Cârma este folosită pentru a controla poziţia botului avionului. În mod interesant, NU este folosită pentru a vira. Virajul avionului este realizat datorită înclinării acestuia într-o parte utilizând eleroanele sau spoilerele. Înclinarea creează o forţă laterală care este o parte a portanţei. Cârma asigură că avionul este aliniat corect cu virajul ce trebuie făcut. Altfel, avionul va avea parte de tracţiune suplimentară sau chiar de o posibilă condiţie de viraj advers, potrivit tracţiunii adiţionale de la suprafeţele de control, botul se va mişca mult mai departe faţă de ruta de zbor.

Cârma lucrează prin modificarea formei efective a nervurii stabilizatorului vertical. Aşa cum am spus în imaginea cu definiţiile geometriei aripii, modificarea formei aripii va duce la modificarea portanţei generate de acea aripă. Crescând unghiul de deflecţie a bordului de scurgere a unei aripi, va creşte portanţa generată de acea aripă în direcţie opusă. Cârma şi stabilizatorul vertical sunt montate în aşa fel încât produc forţe laterale, nu în sus şi în jos. Forţa laterală (F) este aplicată centrului de presiune a stabilizatorului vertical, care este la o anumită distanţă (L) de centrul de greutate al avionului. Aceasta crează o torsiune (care se calculează prin formula T=FxL) asupra avionului care îl face să se rotească în jurul centrului de greutate. Cu o deflecţie mai mare a cârmei spre stânga, dacă privim din spate, va creşte forţa spre dreapta. Dacă pilotul deflectează cârma spre dreapta, avionul va vira în direcţie opusă.

La toate avionele, stabilizatorul vertical şi cârma formează o aripă asimetrică. Această combinaţie nu produce forţe laterale când cârma este aliniată cu stabilizatorul şi creează forţe laterale prin deflecţia cârmei. Unele avioane de luptă au două stabilizatoare verticale şi două cârme pentru că trebuie să controleze avionul la viteze uriaşe.

3.7. Spoilerele

Spoilerele sunt mici secţiuni de control fixate în balamale pe partea superioară a aripii. Acestea pot fi utilizate pentru a încetini avionul, sau să îl facă să coboare atunci când sunt ridicare pe ambele aripi (spoilerele nu coboară). Ele mai pot fi folosite şi pentru a genera înclinaţia şi virajul avionelor, când este ridicat numai un spoiler. Imaginea de mai sus arată ce se întâmplă când pilotul ridică spoilerul drept.

Spoilerele ridicate pe ambele aripi: Când pilotul activează spoilerele, acestea se ridică în fluxul de aer de peste aripă. Acest lucru cauzează întreruperea fluxului de aer de peste aripă, şi implicit şi a rezistenţei la înaintere

- 27 -

şi portanţa creată de acea aripă. Ele pot fi utilizate pentru a „întrerupe” portanţa şi a face avionul să coboare, sau pentru a încetini avionul când acesta se pregăteşte pentru aterizare. Când avionul aterizează pe pistă, pilotul ridică de obicei spoilerele pentru a anula efectul portnaţei (P) şi pentru a ajuta frânele în încetinirea avionului. Frecarea (F) dintre pneuri şi pistă depinde de frecarea „normală”, care se calculeză prin formula: F=G-P („G” este greutatea aeronavei) cu cât portanţa este mai mică, cu atât frecarea va fi mai mare, deci şi frânele vor funcţiona mai bine. Rezistenţa la înaintare adiţională creată de spoilere încetineşte şi ea avionul.

  Spoiler ridicat pe o singură aripă: Un singur spoiler este utilizat pentru a înclina avionul; pentru a face ca vârful unei aripi să se ridice şi celălalt să coboare. Întoarecera creează o forţă laterală neechilibrată, care este o parte a portanţei, fapt ce face ca avionul să vireze (avioanele virează datorită înclinării, nu datorită forţei generate de cârmaă).

În imagine, spoilerul drept al avionului este ridicat iat spoilerul stâng este aliniat cu aripa. Fluxul de aer de deasupra aripii drepte va fi întrerupt de spoiler, rezistenţa acesteia la înaintare va fi crescută, iar portanţa va scădea în comparaţie cu cea a aripii stângi. Portanţa (F) este aplicată centrului de presiune, care este la o anumită distanţă (L) de cetrul de greutate al avionului. Acest lucru creează o torsiune (T) care se calculează prin formula T=FxL asupra centrului de greutate. Mişcarea rezultată va roti avionul în jurul centrului său de greutate spre

- 28 -

dreapta (în sens orar). Dacă pilotul invresează deflecţia spoilerelor, (spoilerul stâng ridicat iar cel drept în repaus), avionul se va înclina în direcţie opusă.

3.8. Flapsurile şi volierele (volete)

 În timpul decolării şi al aterizării, viteza avionului este relativ scăzută. Pentru a păstra portanţa acestuia la un nivel mare (pentru a nu se lovi de construcţiile de pe sol), proiectanţii de avioane au încercat să mărească suprafaţa aripii şi să modifice forma nervurii cu ajutorul unor suprafeţe de control de la bordul de scurgere şi cel de atac. Suprafaţa de la bordul de scurgere este numită flaps, iar cea de la bordul de atac, volier. Flapsurile şi volierele se mişcă de-a lungul şinelor de metal aflate pe aripă. Prin mişcarea flapsurilor spre pupa (spre coadă) şi a volierelor în faţă, se măreşte suprafaţa aripii. Pivotând bordul de atac al voilerului şi bordul de scurgere al flapsului în jos creşte coarda efectivă a nervurii, şi implicit şi portanţa. În plus, avioanele cu o suprafaţă proiectată mare a flapsurilor au o rezistenţă la înaintare mai mare decât celelalte. Acest lucru ajută la încetinirea avionului la aterizare.

După terminarea procedurii de decolare, flapsurile sunt retrase și, pentru a se compensa scăderea portanței, este necesară ridicarea botului avionului si mărirea unghiului de atac.

- 29 -

PDA

Z1

Z2

Z3

Z4

4. DECOLAREA SI ATERIZAREA

Navigatia aeriana intre doua aeroporturi cuprinde deplasarea avionului in aer si la sol.

Prima etapa a zborului este decolarea.

Să considerăm exemplul simplu al unui aeroport de capacitate mică, care are pistele de decolare-aterizare şi anexe de următoarea formă:

Observăm că există patru zone:

- Zona 1 – destinată operaţiunilor de îmbarcare/debarcare pasageri, încărcătură şi echipaj

- Zonele 2,3 – culoare de legătură, folosite în mod excepţional în situaţii speciale şi pentru aterizări de urgenţă

- Zona 4 – pista de aterizare-decolare propriu-zisă.

Din punct de vedere al unui zbor, avionul staţionează în Z1, după ce a primit permisiunea de decolare de principiu. În baza unei autorizări speciale, execută operaţiunea de rulare (taxi), cu străbaterea, de exemplu, a zonei Z2, virajul de angajare pe pistă şi se opreşte la intrarea în Z4, după parcurgerea a 30 – 100 metri din porţiunea dreaptă a PDA. Se execută o verificare finală a manevrabilităţii suprafeţelor de comandă ale avionului şi se solicită autorizarea propriu-zisă de decolare. Dacă aceasta este primită, pilotul iniţiază procedura de decolare, în conformitate cu caracteristicile pistei şi tipul avionului pilotat.

In zona aeroportului se executa doua manevre de zbor: luarea inaltimii, incadrarea pe directia de zbor dorita.

- 30 -

In timpul zborului, deplasarea avionului are loc de la PIR către PFR, sub forma unei linii frânte ce survolează o serie de puncte bine stabilite în planul de zbor, puncte ce se numesc PI. Aceste PI se află în general pe verticala unui radiofar.

PIR – punctul iniţial al rutei

PIn – puncte intermediare

PFR – punctul final al rutei

Deplasarea între 2 aeroporturi se face survolând un număr de radiofaruri, amplasate în puncte bine stabilite, cartate, având indicative şi frecvenţe de lucru stabilite şi cunoscute. Numărul şi punctele lor de amplasare sunt alese astfel încât să permită crearea unei reţele de culoare de zbor satisfăcătoare pentru necesităţile de trafic local. Pe un anumit teritoriu se pot construi un numar foarte mare de rute de zbor.

Pe ruta de zbor se face o esalonare a avioanelor pentru a asigura siguranta zborurilor. Avionul trebuie sa se incadreze intr-un culoar de anumite dimensiuni. Se face o esalonare verticala si o esaloanare laterala, iar esalonarea in adancime pe directia de zbor, se face in timp si nu in distanta.

Venirea la aterizare si aterizarea constituie fazele cele mai dificile ale zborului avionului. De aceea, sistemele de aterizare cuprind echipamente de sol si de bord care sa asigure pilotului informatii cat mai precise despre pozitia aeronavei in raport cu pista de aterizare-decolare, si care sa permita executarea aterizarii fara pericole, chiar si in situatii meteorologice nefavorabile.

Avionul coboara de la inaltimea de zbor, la o anumita inaltime deasupra aeroportului de destinatie, unde este preluat de catre turnul de control.

Pentru aterizare avionul trebuie sa primeasca autorizatia de aterizare, de la turnul de control. Deoarece aeronava poate sosi catre aeroport din orice directie, aceasta trebuie sa se incadreze pe directia axului pistei printr-o manevra ulterioara.

- 31 -

Venirea la aterizare si incadrarea pe directia axului pistei poate fi urmarita in figura de mai jos:

Dupa incadrarea in axul pistei, se executa aterizarea propri-zisa, cu o anumita componenta verticala a vitezei.

Pe portiunea notata cu:

a - s-a efectuat manevra de apropiere;

b - se coboara cu o componenta a vitezei vh≃3m / s ;

c - se reduce viteza de coborare la vh≃0 ,75m / s si se face o corectie a directiei tinand cont de componenta laterala a vantului;

d - este etapa finala constand din rulajul pe pista iar apoi aeronava este dirijata spre o platforma de debarcare a calatorilor si marfurilor.

- 32 -

Mijloace de radionavigaţie

Sisteme de radionavigaţie Mijloace independente

Goniometrice Radioaltimetre

Telemetrice

Radare panoramice de bord

Gonio-telemetrice

Radare Doppler

Hiperbolice

Inerţiale

Determinarea unghiurilor la bord

Determinarea unghiurilor la sol

Cu interogare de la sol

Cu interogare de la bord

Cu impulsuri

Cu schimbarea fazei

VOR

NDB

radiogoniometrul

Transponder

DME

TACAN

Radar

LORAN

DECA

DECTRA

5. CLASIFICAREA MIJLOACELOR DE RADIONAVIGAŢIE

- 33 -

6. UTILIZAREA RADARULUI ÎN NAVIGAŢIA AERIANĂ

6.1. GENERALITĂȚI

Radarul reprezintă un mijloc de navigaţie care foloseşte o tehnică radio aparte, şi anume transmiterea undelor electromagnetice de regulă sub formă de impulsuri şi recepţionarea acestora după ce au fost reflectate de diferite obiecte din spaţiu.

Este utilizat la sol, dar şi la bordul navelor şi avioanelor.

Printre coordonatele avionului pe care le determină radarul de la sol sunt: azimutul, distanţa şi unghiul de înălţare.

Fig. 1 – Coordonatele avionului determinate de radar

Impulsul radar este caracterizat prin formă, amplitudine şi durată.

Forma impulsului poate fi sinusoidală sau rectangulară.

Amplitudinea impulsului reprezintă valoarea impulsului.

Durata de impuls este intervalul de timp în cuprinsul căruia se desfăşoară impulsul.

Fig. 2

- 34 -

În cazul unui tren de impulsuri, se mai definesc:

- intervalul între impulsuri = intervalul de la sfârşitul unui impuls, la începutul impulsului următor;

- perioada de repetare a impulsurilor = intervalul de la începutul unui impuls, la începutul impulsului următor;

- frecvenţa de repetare a impulsurilor = numărul de impulsuri într-o secundă.

Raportul dintre durata impulsului şi perioada de repetare se numeşte ciclul de lucru al radarului.

Energia radiată în spaţiu de un impuls este definită de puterea pe care o desfăşoară emiţătorul în cuprinsul unui impuls:

Pimp = Wi /

unde Wi = energia radiată; = durata impulsului.

Puterea medie este puterea pe care ar desfăşura-o emiţătorul, dacă ar lucra continuu, şi nu în impulsuri, păstrând aceeaşi energie radiată.

PmedP imp

= τT

Din această relaţie se observă că:

- cu cât durata impulsului este mai mică, cu atât puterea de impuls este mai mare, la aceeaşi putere medie;

- cu cât perioada de repetare a impulsului este mai mare, cu atât puterea medie este mai mică, la aceeaşi putere de impuls.

- 35 -

6.2. NOȚIUNI FUNDAMENTALE. PRINCIPIUL DE FUNCȚIONARE

Măsurarea distanţei cu ajutorul radarului este posibilă datorită proprietăţilor energiei electromagnetice.

1. Reflexia undelor electromagnetice: Undele electromagnetice sunt reflectate dacă întâlnesc o suprafaţă conductoare electric. Dacă undele reflectate sunt recepţionate în punctul de unde au plecat, aceasta înseamnă că pe direcţia de propagare se află un obstacol.

2. Energia electromagnetică se deplasează prin aer cu viteză constantă, aproximativ egală cu viteza luminii, 300.000 kilometri pe secundă.

3. Energia electromagnetică se deplasează prin spaţiu în linie dreaptă, traiectoria fiind foarte puţin afectată de condiţiile atmosferice şi meteo. Folosind antene de construcţie specială, această energie poate fi focalizată într-o anumită direcţie dorită. În acest fel se poate determina direcţia obiectelor (în azimut şi elevaţie).

Aceste principii implementate practic într-un sistem radar asigură descoperirea obiectelor şi determinarea distanţei, azimutului şi înălţimii acestora.

Efectele atmosferei şi condiţiilor meteo asupra undelor electromagnetice vor fi ignorate în explicaţiile privind determinarea distanţei şi a direcţiei.

Figura 1: Principiul radar: măsurarea timpului de deplasare dus-întors al undelor

- 36 -

6.2.1. Determinarea distantei

Distanţa este determinată cunoscând timpul de întârziere al semnalului ecou şi viteza de propagare c0. Distanţa determinată astfel reprezintă distanţa în linie dreaptă dintre radar şi ţintă şi poartă numele de „distanţă înclinată”. Distanţa reală este distanţa în plan orizontal (la nivelul solului) între poziţia radarului şi proiecţia poziţiei ţintei în acest plan. Pentru determinarea acestei distanţe trebuie cunoscută înălţimea ţintei. Deoarece semnalul parcurge drumul între radar şi ţintă de două ori (dus-întors), timpul de întârziere este împărţit la 2 pentru a obţine timpul de propagare de la radar la ţintă. Rezultă astfel următoarea formulă pentru calculul distanţei înclinate:

R R =

c0· t

unde:c0 = viteza luminii = 3·108 m/s

t = timpul de întârziere [s]R = distanţa înclinată [m]

(

2

Măsurând timpul de întârziere al semnalului t, distanţa R se calculează foarte uşor cu ajutorul formulei. Timpul de întârziere reprezintă timpul necesar impulsului de sondaj să parcurgă distanţa până la ţintă şi înapoi (timpul scurs între transmiterea impulsului în spaţiu şi detecţia reflexiei acestuia de către receptor).

6.2.2. Determinarea direcţiei

Figura 2: Determinarea direcţiei (azimutului)

Determinarea coordonatelor unghiulare ale unei ţinte este posibilă datorită directivităţii antenei. Directivitatea, numită şi câştigul directiv, reprezintă abilitatea antenei de a-şi concentra energia radiată doar într-o anumită direcţie. O antenă cu o directivitate ridicată se mai numeşte şi antenă directivă. Prin măsurarea direcţiei în care este orientată antena la momentul recepţionării unui ecou se pot determina atât azimutul, cât şi unghiul de înălţare al ţintei (elevaţia). Precizia

- 37 -

măsurării coordonatelor unghiulare este determinată de directivitatea antenei, care la rândul ei depinde de dimensiunile antenei.

Sistemele radar lucrează în general cu unde de frecvenţă foarte înaltă.

Azimutul absolut (real) al unei ţinte radar este unghiul dintre direcţia Nord şi direcţia ţintei. Acest unghi este măsurat în plan orizontal şi în direcţia acelor de ceasornic, pornind ca referinţă de la direcţia Nord (azimut 0). (În cazul radarelor dispuse pe nave sau avioane, azimutul unei ţinte poate fi măsurat având ca referinţă direcţia de deplasare a navei sau avionului; în acest caz poartă numele de azimut relativ).)

Figura 3: Variaţia amplitudinii semnalului ecou

Pentru ca determinarea azimutului să fie precisă, este necesară cunoaşterea cu exactitate a direcţiei Nord. În cazul radarelor mai vechi, acest lucru presupune operaţiuni suplimentare, necesitând folosirea unei busole sau anumite calcule trigonometrice. Sistemele radar moderne determină această direcţie în mod automat, folosind pentru aceasta şi sistemul GPS.

6.2.3. Clasificarea sistemelor radar

În funcţie de informaţiile pe care trebuie să le asigure, sistemele radar prezintă caracteristici diferite, iar tehnologiile constructive sunt de asemenea diferite. În funcţie de parametri şi de tehnologiile utilizate, sistemele radar pot fi clasificate astfel:

- 38 -

Imaging Radar / Non-Imaging Radar

Un radar formator de imagine (Imaging Radar) asigură reprezentarea unei imagini a obiectului sau zonei observate. Acest tip de radare sunt utilizate pentru cartografierea Pământului şi a altor planete, a asteroizilor şi a altor obiecte cosmice, precum şi pentru clasificarea ţintelor în cazul sistemelor militare.

Exemple tipice de radare ne-formatoare de imagine (Non-Imaging Radar) sunt vitezometrele radar (radarele poliţiei) şi radioaltimetrele avioanelor. Ultimul tip de radare poate fi numit şi „difuzometre” deoarece ele măsoară proprietăţile de reflexie ale obiectului sau zonei observate. Un exemplu de radar secundar ne-formator de imagine îl reprezintă sistemele de imobilizare antifurt instalate recent pe unele automobile.

Radare primare

Un radar primar emite semnale de frecvenţă foarte înaltă care sunt reflectate de către ţinte. Aceste semnale reflectate sunt apoi recepţionate şi prelucrate. Spre deosebire de radarul secundar, un radar primar recepţionează componentele reflectate ale propriului semnal emis.

Radare secundare

În cazul acestor radare, avioanele trebuie să fie echipate cu un transponder (transmitting responder), iar acest transponder răspunde interogărilor radarului cu un semnal de răspuns codificat. Acest semnal de răspuns poate conţine mult mai multe informaţii decât semnalele recepţionate de radarele primare (ex. înălţimea de zbor, un cod de identificare sau informaţii privind o defecţiune la bord, cum ar fi lipsa comunicaţiilor...).

- 39 -

Sisteme Radar

Radare formatoare

Radare neformatoare de imagine

Radare primare

Radare secundare

Radare în impulsuri Radare cu emisie continuă

Cu modulație internă a impulsului

Modulate în impulsuri

Cu modulație Fără modulație

Radare în impulsuri

Radarele în impulsuri emit o serie de impulsuri de frecvenţă foarte înaltă şi de mare putere. După fiecare impuls de sondaj urmează o pauză mai lungă, destinată recepţionării semnalelor ecou, apoi un alt impuls de sondaj ş.a.m.d. Direcţia, distanţa, şi dacă este necesar înălţimea sau altitudinea ţintelor pot fi determinate prin măsurarea poziţiei antenei şi a timpului de propagare al impulsurilor.

Radare cu emisie continuă

Radarele cu emisie continuă (CW – Continuous Wave) emit un semnal de frecvenţă foarte înaltă continuu. Semnalul ecou este recepţionat şi prelucrat, iar receptorul (care are propria antenă de recepţie) este dispus în acelaşi loc cu emiţătorul. Orice emiţător radio civil poate fi utilizat pe post de emiţător radar, dacă se foloseşte un receptor dispus la distanţă de emiţător, care compară timpul de propagare al semnalului direct cu timpul de propagare al semnalului reflectat. Testele au demonstrat că poziţia exactă a unui avion poate fi determinată prin prelucrarea şi compararea semnalelor provenind de la trei staţii de televiziune.

Radare cu emisie continuă fără modulaţie

Semnalul de emisie al acestor radare este constant în amplitudine şi în frecvenţă. Acest tip de radare sunt specializate în determinarea vitezei. Distanţa nu poate fi măsurată. De exemplu, sunt utilizate de poliţie pentru măsurarea vitezei autovehiculelor (vitezometre radar). Echipamentele mai moderne (LIDAR) lucrează în gama de frecvenţe laser şi pot face în afara vitezei şi alte măsurători.

Radare cu emisie continuă cu modulaţie

Semnalul de emisie este constant în amplitudine dar modulat în frecvenţă. Această modulaţie face din nou posibil principiul măsurării timpului de propagare. Un alt avantaj al acestor radare este că recepţia semnalelor se face fără întreruperi şi astfel rezultatele măsurătorilor sunt disponibile în mod continuu. Aceste radare sunt utilizate pentru determinarea distanţelor nu foarte mari, atunci când este necesară o măsurătoare continuă (ex. la măsurarea înălţimii de către avioane sau la radarele meteo şi cele pentru realizarea profilului vânturilor). Un principiu similar este utilizat de radarele în impulsuri ale căror impulsuri au durate mari, afectând în acest fel capacitatea de separare în distanţă. Aceste radare folosesc o modulaţie internă a impulsurilor emise, făcând astfel posibilă îmbunătăţirea rezoluţiei în distanţă prin metoda compresiei impulsurilor.

- 40 -

6.3. RADARUL PRIMAR. PRINCIPIUL DE FUNCȚIONARE

Figura de mai jos ilustrează principiul de funcţionare al unui radar primar. Antena radarului iluminează ţinta cu un semnal de frecvenţă foarte înaltă, numit semnal de „sondaj”. Acest semnal este reflectat de ţintă şi recepţionat de către receptor prin intermediul antenei. Semnalul recepţionat se mai numeşte şi semnal „ecou”. Semnalul de sondaj este generat de un emiţător de putere mare şi recepţionat de un receptor cu sensibilitate ridicată. Comutatorul de antenă (numit şi duplexor) permite folosirea aceleiaşi antene atât de către emiţător, cât şi de receptor.

Figura 1: Principiul de funcționare al radarului primar

Toate ţintele produc o reflexie difuză, adică semnalul este reflectat în toate direcţiile (fenomen numit şi dispersie). Reflexia undelor în direcţie opusă celor incidente se numeşte „backscatter” (reflexie către radar).

Semnalele recepţionate vor fi afişate pe indicator. Acesta este de obicei un indicator de observare circulară (IOC), numit şi indicator panoramic (PPI). Un IOC afişează un vector cu originea în centrul ecranului, corespunzătoare poziţiei radarului, care se roteşte simultan cu antena, indicând direcţia acesteia şi implicit azimutul ţintelor. Vectorul poartă denumirea de „desfăşurare”.

- 41 -

6.4. SCHEMA BLOC A RADARULUI PRIMAR

Staţia radar trebuie să producă impulsuri de înaltă frecvenţă, de o anumită durată de timp şi putere, şi să le emită în spaţiu la intervale de timp riguros determinate. Momentul emiterii fiecărui impuls în spaţiu reprezintă originea măsurătorilor. În intervalul dintre două impulsuri consecutive, radarul recepţionează impulsurile reflectate, pe care le transformă în indicaţii pe ecran, privind poziţia unei ţinte faţă de locul de amplasare al radarului.

Schema bloc simplificată a radarului este reprezentată în fig. 3

- Blocul de sincronizare = elementul cel mai important al staţiei radar, deoarece el dirijează funcţionarea emiţătorului şi receptorului. El produce, la intervale de timp riguros egale, impulsuri de comandă sau de pornire foarte slabe, care se amplifică în etajele sale, transformându-se apoi în impulsuri de forma necesară (triunghiulare, dreptunghiulare, etc.), în funcţie de blocurile asupra cărora acţionează. El produce:

o Impulsurile pentru pornirea emiţătorului, pe care le transmite

blocului modulator;o Impulsurile de comandă pentru deschiderea şi închiderea

receptorului, care reglează automat şi continuu amplificarea lui în momentul sosirii impulsului reflectat

o Impulsurile de pornire a afişajului indicatorului

o Impulsuri pentru gradarea scării de distanţă

- Blocul modulator are rolul de a amplifica impulsurile de comandă slabe ale sincronizatorului, de a le da o formă anumită şi de a le amplifica, astfel încât să poată comanda generatorul de impulsuri de înaltă frecvenţă.

- Blocul generator de impulsuri de înaltă frecvenţă, la comanda impulsului de la modulator, începe să producă oscilaţii de înaltă frecvenţă, necesare impulsului radiat de antenă în spaţiu. Durata unui impuls al oscilaţiilor de înaltă frecvenţă este egală cu timpul de acţiune al impulsului dreptunghiular de la modulator. La terminarea acţiunii acestuia, generatorul de impulsuri îşi încheie activitatea, până la primirea următorului impuls dreptunghiular de la modulator.

- 42 -

Fig. 3

- 43 -

- Blocul receptor are rolul de a primi de la antenă semnalele foarte slabe ale impulsurilor reflectate, de a le amplifica şi apoi de a le detecta în semnale de joasă frecvenţă, semnale video. La rândul lor, semnalele video sunt amplificate şi trimise spre blocul indicator, unde se suprapun cu semnalele de distanţă create de sincronizator. Funcţionarea receptorului este comandată de sincronizator, care îl închide pe toată durata cât sunt radiate impulsuri în spaţiu, altfel energie electromagnetică foarte mare emisă ar distruge receptorul. Impulsul de comandă al sincronizatorului reglează amplificare semnalelor reflectate, în funcţie de distanţa ţintei care le-a reflectat, astfel încât pe ecran, imaginea ţintelor îndepărtate să apară cu aceeaşi intensitate luminoasă ca cele apropiate.

- Comutatorul de antenă reprezintă un dispozitiv electronic a cărui menire este să conecteze automat şi alternativ la blocul de antenă emiţătorul şi receptorul, astfel: în momentul începerii radierii energiei electromagnetice a impulsului, el conectează antena la emiţător şi închide intrarea receptorului. După terminarea impulsului, deschide intrarea receptorului şi deconectează emiţătorul, pentru ca semnalul receptat să intre numai în receptor.

- Blocul de antenă radiază în spaţiu energia electromagnetică produsă de emiţător, sub forma unui fascicul dirijat de o anumită formă şi primeşte, de asemenea, energia reflectată de la diferite ţinte, pe care o trimite spre receptor. În afară de elementul radiant al antenei, numit vibrator activ, pentru a mări capacitatea de lucru, antenele dispun şi de un element reflector, de obicei parabolic, în centrul căruia este montat vibratorul. Reflectorul şi poziţia vibratorului determină forma diagramei de directivitate a antenei (impusă de scopul pentru care este destinat radarul). Ansamblul de antenă este antrenat de un motor, care îi dă o mişcare rotativă sau basculantă, în limitele unui sector determinat. Întrucât viteza de propagare a undelor electromagnetice este foarte mare, iar cea de rotire sau basculare a antenei este mică, înseamnă că impulsul emis şi apoi reflectat de ţintă are nevoie de un timp atât de scurt, încât antena nu apucă să se deplaseze vizibil.

- Liniile de transmisiuni folosesc la transmiterea energiei de înaltă frecvenţă de la emiţător spre antenă şi pentru transmiterea energiei reflectate de la ţinte, de la antenă la receptor.

- Blocul indicator foloseşte la determinarea ţintelor detectate de radar.- Sursa de alimentare a staţiilor radar furnizează curentul electric necesar

funcţionării tuturor blocurilor.

- 44 -