飛機在沒有 GPS 這樣的設備下怎樣定位?

飛機飛在天空中,如果一個雷電導致gps失效,那麼在天空中需要用怎樣的定位方法來定位自己?太陽還是星座?如果沒有地面雷達,或者無法和塔台取得聯繫,又需要怎樣定位自己?就像2戰的時候,老式戰鬥機怎樣飛到幾百公里外轟炸一遍,然後又怎樣飛回機場的,因為做過幾次飛機,發現在空中真的很難定位啊。。


飛機發明以前,人類就已經擁有了這幾樣東西:地圖、時鐘、羅盤,和幾何學。
只使用上述工具,不依靠其他設備的領航方法,叫做推測結合地標領航

領航最根本的三個要素:方向、時間、位置
由這三個要素引出三個最基本的問題:

  • 向什麼方向飛?
  • 什麼時候能飛到?
  • 現在位置在哪裡?

所有的領航工作,都是圍繞這三個問題開展的。

那時候的飛行員,要駕駛飛機從一個地方到另一個地方,他的工作程序大概是這樣的:

總體分兩個階段:準備,和實施。
準備階段的工作:地圖作業、領航計算、研究航線。

  • 地圖作業,就是在航空地圖上手繪航線。
  1. 畫出航線起點、轉彎點、終點。
  2. 將點用線連起來,就是航線。
  3. 用尺子測量出每段航線的長度,按照地圖的比例尺換算成實際距離,標在航線邊上。
  4. 用尺子測量出每段航線的角度,就是航線角,加上當地的磁差,就是磁航向,標在航線邊上。
  5. 根據飛行的速度、航線的長度,算出每段航線飛行所需的時間,標在航線邊上。
  • 領航計算,就是算出從起點到終點的總距離,需要飛行的總時間,再根據耗油量算出應當加多少油,查飛機的包線,看最大起飛重量超不超,起降地點海拔怎麼樣,航線高度是否安全等等。
  • 研究航線,研究什麼呢?

1.航線周圍的顯著地標。
比如山峰、鐵路、公路、河流、城市、湖泊等等,這些都是有價值的地標,如果在空中看到,就能立刻確定自己的位置。
2.影響安全的高大障礙物。
主要就是高山,如果能見度不好,或者有雲遮住了看不到,飛偏航了就比較危險,所以要提前注意。

準備階段完成了,下一步是重點:飛行實施。

飛行員駕駛飛機從出發機場起飛了,按照羅盤的指示操縱飛機,對準第一段航線的方向,保持預定的速度,然後根據時鐘記下現在的時刻。
已經到了空中,那就回到開頭提出的三個問題,看看在飛行中是如何解決的:

  • 離開機場以後,如何知道現在飛機在什麼位置?

按照以下幾步進行:

  1. 看看時鐘,看現在飛行了多少時間。
  2. 拿出計算尺,根據時間和速度,計算出已經飛過的距離。
  3. 拿出地圖,把已飛的實際距離換算成地圖上的距離,用尺子在本段航線上量出來,量到的那個點就應該是現在飛機所處的位置。
  4. 根據現在的位置,看地圖上標記的附近明顯地標,比如山峰、河流、湖泊、公路鐵路、城鎮之類的,相對於自己的方向位置。
  5. 對外觀察,按照對應的位置尋找這些地標,找到了,就知道自己在哪裡了。

  • 知道了現在的位置,他怎麼知道自己什麼時間能到目的地呢?

這個相對簡單一點:

  1. 用總距離減去已經飛過的距離,得出剩餘距離。
  2. 用已經飛過的距離除以已經過去的時間,得到地速。(地速和空速表指示的錶速差別會比較大的)。
  3. 用剩餘的距離除以地速,得到的就是剩餘時間。
  4. 用剩餘時間,加上現在的時刻,就是到達目的地的時間。
  5. 如果想要控制自己到達目的地的時間,那就根據距離和時間反推,用計算尺算出新的速度就好了。

  • 那如果發現自己已經飛偏了,下一步該向哪個方向飛,才能準確到達目的地呢?

其實這個問題應該和上面的問題一起解決的,因為涉及到計算風的問題。飛機是空氣動力航空器,飛行中會受到風的影響,就像船在河流中航行一樣,它的速度和方向要和空氣運動的速度、方向疊加。

  1. 假如現在在航線中某一點,發現原本應該出現在自己右側的山峰,出現在了自己的左側,說明飛機已經偏離了原定的航線。
  2. 計算出自己現在垂直偏離航線的距離。
  3. 計算出航跡角航線角之間的夾角,這個夾角叫做偏流角
  4. 根據偏流角和地速,結合飛機的航向、空速,使用計風儀,就可以算出當前高度層的風向風速。計風儀這個東西,就在計算尺的背面,同計算尺一樣,轉一下就能算出結果來。說到這裡打個廣告,請大家支持神器:
    有哪些工具或者軟體堪稱神器?
  5. 在地圖上標出現在的所在位置,在它和目的地之間重新連接一條新航線,測量它的航線角,和距離。
  6. 根據新航線角、空速,以及計算所得的風向、風速,使用計算尺,就能算出偏流角。用新航線角減去偏流角,就是下一步應該飛行的方向。同時還能算出新的地速,根據這個地速能夠計算出準確的到達目的地時刻。

這就是大概的過程。
後來人們發明了很多空中導航的辦法,比如無線電導航(NDB、DME、VOR等),多普勒導航,慣性導航,衛星定位,飛機自己都能飛到目的地。但是上面這種原始的辦法,一直都是全世界所有飛行員的必修課和基本功,所以他們才能有信心,在所有領航設備都故障的情況下,把飛機準確飛到目的地降落。
知乎上飛行員們很多,請輕拍。


現代導航方法很多,比如RNAV區域導航等。樓上幾位說的很詳細了,不再贅述。二戰的時候,導航設施還極度不完善,當時甚至有靠地面廣播電台的無線電信號進行導航執行轟炸任務的。這一個個廣播電台就相當於地面NDB台,為飛機上的ADF指示器提供信號。我們這邊機場的運5很簡陋,僅有的導航儀錶就是一塊ADF指示器。


樓主你以為飛行員是占星師嗎?看天體和太陽只能知道自己大概的方向,,加上戰術地圖,,可以自己大概的位置。如果儀器都壞了。。最主要的任務就找地方降落吧,,不過LZ這樣的情況基本上不會發生,因為一旦你飛機里的這些部件壞了,說明其他部件也完蛋啦!!
20世紀20年代開始發展儀錶導航。飛機上有了簡單的儀錶,靠人工計算得出飛機當時的位置。
30年代出現無線電導航,首先使用的是中波四航道無線電信標和無線電羅盤。
40年代初開始研製超短波的伏爾導航系統和儀錶著陸系統(見無線電控制著陸)。
50年代初慣性導航系統用于飛機導航。
50年代末出現多普勒導航系統。
60年代開始使用遠程無線電羅蘭C導航系統,作用距離達到2000公里。為滿足軍事上的需要還研製出塔康導航系統,後又出現伏爾塔克導航系統及超遠程的奧米加導航系統,作用距離已達到10000公里。
1963年出現衛星導航。
70年代以後發展全球定位導航系統。


馬來西亞這架飛機怎麼就聯繫不上地面了呢?
是不是說民航飛機都是主動聯繫地面,告知方位而地面不能主動定位飛機空中位置呢?


vor/dme 導航台 均勻分布在全國各地 一般vor和dme是建在一起的。vor算出你在導航台的哪個方位 dme算出你跟導航台的距離,飛機位置得出。也有用兩個vor台的方向數據確定方位的。
慣性導航系統 通過激光陀螺感受飛機的加速度,角加速度,然後積分算出速度,再積分算出距離,挺變態的,無法完全濾除小的振蕩帶來的影響 會隨飛行時間增加逐漸累加誤差,但是完全不依賴地面導航和gps。國內還做不出 老師說曾經開發過,平放在桌子上,受地球微小震動的影響 看著它的指示高度慢慢增加到幾千米。。。


地標、VOR/DME、慣導、GPS這些都可以用於定位。當然肯定還不止這些。。。


推薦閱讀:

《阿凡達》里的涵道飛行器在未來有可能實現嗎?
海戰時,可能用大飛機載人強行降落到對方航母上,然後殺人搶船嗎?
在空客或波音當工程師是怎樣一種體驗?
為什麼沒有核動力的飛機等飛行器?
國內航空公司從波音、空客等訂購飛機是如何交貨的?

TAG:飛機 | 航空 | 定位(地理) | 衛星導航系統 |