Система для обеспечения посадки летательного аппарата
Владельцы патента RU 2300486:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова" (RU)
Изобретение относится к оборудованию для обеспечения посадки летательных аппаратов (ЛА) на взлетно-посадочную полосу аэродрома, вертолетную площадку или вертолетодром, водную поверхность гидроаэродрома. На посадочной поверхности размещены маркерные знаки пассивного типа, пластины которых выполнены со световозвращающим покрытием направленного действия, работающим в видимом и инфракрасном диапазонах. На борту ЛА установлены комбинированные фары с многоэлементными светодиодными матрицами, работающие с видимым и инфракрасным подсветом. Фары совместно с маркерными знаками обеспечивают посадку ЛА днем, в сумерки и ночью, а при использовании летчиком очков ночного видения - посадку ЛА ночью в сложных метеоусловиях и скрытую посадку. На борту ЛА установлены также автономная спутниковая навигационная система и работающая в режимах «день-ночь» низкоуровневая телевизионная камера, выходы которых соединены с монитором с возможностью предоставления летчику информации для выполнения предпосадочного маневра и изображения посадочной поверхности днем и ночью для осуществления с ней летчиком визуального контакта. Телевизионная камера снабжена установленным в оптическом тракте инфракрасным фильтром и выполнена автоматически переключаемой из дневного режима на ночной в ИК-диапазоне. Спутниковая навигационная система выполнена автоматически наводящей излучение посадочных фар на маркерные знаки для обеспечения выхода ЛА на посадочный курс к посадочной поверхности на необходимой дальности. Маркерные знаки снабжены кронштейнами для жесткого крепления пластин под фиксированным углом установки относительно вертикали. Система характеризуется расширенными функциональными возможностями и обеспечивает посадку ЛА на посадочные поверхности разных видов и с разной степенью их технического оснащения. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к авиационному оборудованию, а именно к оборудованию для обеспечения посадки летательных аппаратов (ЛА) на взлетно-посадочную полосу (ВПП) аэродрома, вертолетную площадку или вертолетодром, водную поверхность гидроаэродрома круглосуточно в сложных метеоусловиях, а также скрытой посадки ЛА в ночное время.
Известна система для обеспечения посадки ЛА с применением «пассивных» маркерных знаков для маркировки ВПП аэродрома и бортовой посадочной фары летательного аппарата для подсветки маркерных знаков и ВПП в ночное время (SU 292777 А). Известными являются и посадочные системы, предусматривающие для осуществления посадки ЛА использование ИК-подсвета (RU 2238882, B64F 1/18, 27.10.2004), спутниковых навигационных систем, например GPS или Глонасс, телевизионных камер и мониторов (RU 2182313, G01C 21/00, 10.05.2002).
Однако известные технические решения не являются универсальными и характеризуются. достаточно узкой областью распространения, не охватывающей в должной мере виды посадочных поверхностей и возможные условия посадки ЛА.
Наиболее близкой к предложенной является система для обеспечения посадки летательного аппарата, обеспечивающая летчику визуальную посадку на аэродром, вертолетную площадку или вертолетодром, гидроаэродром в дневное и ночное время, в сложных метеоусловиях, а также скрытую посадку и включающая в себя на посадочной поверхности маркерные знаки пассивного типа, функционирующие в видимом и инфракрасном диапазонах, а на летательном аппарате посадочные фары видимого и инфракрасного подсвета и очки ночного видения для летчика (RU 2225808, B64F 1/18, 20.03.2004).
Однако указанная система затрудняет выполнение предпосадочного маневра в районе малооборудованной посадочной поверхности и позволяет получить лишь ограниченное поле обзора внекабинного пространства при использовании очков ночного видения.
Задачей изобретения является создание системы для обеспечения посадки ЛА на посадочные поверхности разных видов и с разной степенью их технического оснащения с предоставлением летчику возможности качественного выполнения предпосадочного маневра с надежным визуальным контактом летчика с посадочной поверхностью на заключительном этапе захода ЛА на посадку до приземления. Технический результат заключается, таким образом, в расширении функциональных возможностей подобной системы.
Поставленная задача решается тем, что в системе для обеспечения посадки ЛА, содержащей размещенные на посадочной поверхности маркерные знаки пассивного типа, пластины которых выполнены со световозвращающим покрытием направленного действия, работающим в видимом и инфракрасном диапазонах, и установленные на борту ЛА посадочные фары видимого и инфракрасного подсвета, первые из которых совместно с маркерными знаками предназначены для обеспечения посадки ЛА днем, в сумерки и ночью, а вторые совместно с маркерными знаками и находящимися у летчика очками ночного видения - для обеспечения посадки ЛА ночью в сложных метеоусловиях и скрытой посадки, - на борту ЛА установлены автономная спутниковая навигационная система и работающая в режимах «день-ночь» низкоуровневая телевизионная камера, выходы которых соединены с монитором с возможностью предоставления летчику информации для выполнения предпосадочного маневра и изображения посадочной поверхности днем и ночью для осуществления с ней летчиком визуального контакта, при этом телевизионная камера снабжена установленным в оптическом тракте инфракрасным фильтром, отсекающим визуальное излучение, и выполнена автоматически переключаемой из дневного режима на ночной в ИК-диапазоне при снижении уровня внешней освещенности ниже заданного порога, спутниковая навигационная система выполнена автоматически наводящей излучение посадочных фар на маркерные знаки для обеспечения выхода ЛА на посадочный курс к посадочной поверхности на необходимой дальности, маркерные знаки снабжены кронштейнами для жесткого крепления пластин под фиксированным углом установки относительно вертикали, а посадочные фары видимого и инфракрасного подсвета попарно конструктивно объединены в комбинированные фары и выполнены с многоэлементными светодиодными матрицами.
Решению поставленной задачи способствуют частные существенные признаки изобретения.
В качестве посадочной поверхности для ЛА может быть использована аэродромная взлетно-посадочная полоса. При этом маркерные знаки могут быть выполнены двухлепестковыми.
В качестве посадочной поверхности для ЛА могут быть использованы вертолетная площадка или вертолетодром. При этом маркерные знаки могут быть выполнены трехлепестковыми с круговой в горизонтальной плоскости характеристикой световозвращения.
В качестве посадочной поверхности для ЛА может быть использована водная поверхность гидроаэродрома. При этом маркерные знаки могут быть выполнены трехлепестковыми в виде поплавков с круговой в горизонтальной плоскости характеристикой световозвращения.
На фиг.1 приведена функциональная схема предложенной системы, на фиг.2-4 представлены маркерные знаки соответственно для ВПП аэродрома, вертолетной площадки или вертолетодрома и гидроаэродрома, на фиг.5-8 показаны соответственно комбинированная посадочная фара видимого и инфракрасного подсвета, очки ночного видения, телевизионная камера (1) с монитором (2) и автономная спутниковая навигационная система (по типу, например, GPS или Глонасс).
На функциональной схеме системы (фиг.1) показаны комплект маркерных знаков (маркеров) 1, комбинированная посадочная фара 2, очки 3 ночного видения, низкоуровневая телевизионная камера 4, автономная спутниковая навигационная система 5 с индикатором и монитор 6. Количество комбинированных фар 2, используемых на ЛА, определяется типом и конструкцией ЛА и соответствует числу штатных фар, так как предложенная светодиодная комбинированная фара 2 конструктивно размещена в корпусе штатной фары.
В процессе захода на посадку с применением предложенной системы предпосадочный маневр и снижение на траектории захода на посадку ЛА выполняются по спутниковой навигационной системе 5 до получения летчиком надежного контакта с ВПП. Затем летчик выполняет заход до касания с посадочной поверхностью:
- визуально, днем;
- визуально, ночью, подсветив посадочную поверхность комбинированной посадочной фарой 2 ЛА в видимом диапазоне;
- ночью, с помощью очков 3 ночного видения, подсветив посадочную поверхность комбинированной посадочной фарой 2 в инфракрасном диапазоне;
- днем и ночью, с помощью телевизионного монитора 6, подсветив посадочную поверхность комбинированной посадочной фарой 2 в видимом или в инфракрасном диапазоне соответственно.
Все режимы захода ЛА на посадку на заключительном этапе контролируются (с регистрацией) телевизионной камерой 4 с отображением посадочной поверхности на мониторе 6.
Для каждого отдельного случая оборудования ВПП с помощью моделирования и полигонных испытаний разработана специальная конструкция маркерных знаков 1 с учетом получения максимальной дальности действия и удобства в эксплуатации.
Световозвращающее покрытие, примененное в конструкции маркерных знаков 1, характеризуется направленным действием с повышенным коэффициентом световозвращения и работает в видимом и инфракрасном диапазонах. В совокупности с оборудованием на борту ЛА оно обеспечивает требуемую дальность «контакта» летчика с посадочной поверхностью.
Достаточная дальность обнаружения посадочной поверхности, в частности ВПП, подтверждается расчетным путем из соотношения для расчета освещенности зрачка глаза летчика.
В видимом диапазоне используется выражение
где ЕП - пороговая чувствительность глаза [лк];
r - коэффициент яркости световозвращающего покрытия маркерного знака 1;
S - площадь отражающей поверхности маркерного знака 1 [м2];
D - расстояние от наблюдателя до маркерного знака 1, равное
расстоянию от посадочной фары 2 до маркерного знака 1 [м];
α - коэффициент ослабления светового потока на единицу дальности [м-1];
I - сила излучения посадочной фары 2 в видимом диапазоне [кд].
Для инфракрасного диапазона используется выражение
где ЕП - пороговая чувствительность очков 3 ночного видения [лк];
I0 - сила излучения посадочной фары 2 в инфракрасном рабочем диапазоне очков 3 ночного видения и приемника телевизионной камеры 4 [кд];
σэфф - эффективная отражающая поверхность маркерного знака 1 в инфракрасном рабочем диапазоне очков 3 ночного видения и приемника телевизионной камеры 4 [м2];
r0 - коэффициент пропускания атмосферой излучения в инфракрасном диапазоне очков 3 ночного видения;
D - дальность обнаружения маркерного знака 1 оператором с помощью очков 3 ночного видения или телевизионной камеры 4 (принимается, что расстояние от посадочной фары 2 до маркерного знака 1 и от оператора до маркерного знака 1 приблизительно равно) [м].
Экспериментальные образцы элементов системы, разработанные по новой технологии, как уже указывалось, приведены на фиг.2-8. Маркерные знаки 1 для ВПП аэродрома показаны на фиг.2, для вертолетной площадки и вертолетодрома - на фиг.3, для водной поверхности гидроаэродрома (в виде поплавков) - на фиг.4. Комбинированная посадочная светодиодная фара 2 видимого и инфракрасного излучения изображена на фиг.5, очки 3 ночного видения - на фиг.6, низкоуровневая телевизионная камера 4 с монитором 6 - на фиг.7 и автономная спутниковая навигационная система 5 - на фиг.8.
Все изделия исследованы путем моделирования, полигонных и летных испытаний (отчет №115-05-VIII «Проведение летных исследований доработанного макета активно-пассивной системы посадки на необорудованные аэродромы и разработка проекта технического задания на опытный образец». ФГУП «ЛИИ им. М.М.Громова», 2005 г.).
Обеспечение посадки ЛА осуществляется следующим образом.
1. Посадка ЛА на ВПП аэродрома. ВПП обозначается двухлепестковыми маркерными знаками 1 (фиг.2).
После выполнения предпосадочного маневра по спутниковой навигационной системе 5 на заключительном этапе захода («на прямой») в дневных условиях летчик визуально осуществляет «контакт» с ВПП, контролируя в сложных метеоусловиях на мониторе 6 телевизионной камеры 4, работающей в режиме «день», изображение ВПП и выполняя заход до приземления. Ночью летчик подсвечивает маркерные знаки 1 и ВПП комбинированной посадочной фарой 2 в видимом диапазоне излучения, выполняет заход визуально до приземления, контролируя процесс захода на мониторе 6 низкоуровневой телевизионной камеры 4. В сложных метеоусловиях и при необходимости скрытой посадки летчик подсвечивает маркерные знаки 1 и ВПП комбинированной посадочной фарой 2 в инфракрасном диапазоне излучения, выполняет заход, используя очки 3 ночного видения или монитор 6 с низкоуровневой телевизионной камерой 4, работающей в режиме «ночь».
2. Посадка на вертолетную площадку или вертолетодром. Вертолетная площадка или вертолетодром обозначаются пассивными трехлепестковыми маркерными знаками 1 (с круговой в горизонтальной плоскости характеристикой световозвращения) (фиг.3). Предпосадочный маневр и заход на посадку до приземления выполняются аналогично посадке на ВПП аэродрома.
3. Посадка гидро-ЛА на водную поверхность гидроаэродрома. Часть водной поверхности гидроаэродрома, предназначенная для посадки гидро-ЛА, обозначается маркерными знаками 1 - поплавками (с круговой в горизонтальной плоскости характеристикой световозвращения) (фиг.4). Предпосадочный маневр и заход ЛА на посадку до приводнения выполняются аналогично посадке на ВПП аэродрома.
Таким образом, предложенная система обеспечивает посадку ЛА на посадочные поверхности разных видов и с разной степенью их технического оснащения круглосуточно в сложных метеоусловиях, а также скрытую посадку ЛА в ночное время.
1. Система для обеспечения посадки летательного аппарата, содержащая размещенные на посадочной поверхности маркерные знаки пассивного типа, пластины которых выполнены со световозвращающим покрытием направленного действия, работающим в видимом и инфракрасном диапазонах, и установленные на борту летательного аппарата посадочные фары видимого и инфракрасного подсвета, первые из которых совместно с маркерными знаками предназначены для обеспечения посадки летательного аппарата днем, в сумерки и ночью, а вторые совместно с маркерными знаками и находящимися у летчика очками ночного видения - для обеспечения посадки летательного аппарата ночью в сложных метеоусловиях и скрытой посадки, отличающаяся тем, что на борту летательного аппарата установлены автономная спутниковая навигационная система и работающая в режимах «день-ночь» низкоуровневая телевизионная камера, выходы которых соединены с монитором с возможностью предоставления летчику информации для выполнения предпосадочного маневра и изображения посадочной поверхности днем и ночью для осуществления с ней летчиком визуального контакта, при этом телевизионная камера снабжена установленным в оптическом тракте инфракрасным фильтром, отсекающим визуальное излучение, и выполнена автоматически переключаемой из дневного режима на ночной в ИК-диапазоне при снижении уровня внешней освещенности ниже заданного порога, спутниковая навигационная система выполнена автоматически наводящей излучение посадочных фар на маркерные знаки для обеспечения выхода летательного аппарата на посадочный курс к посадочной поверхности на необходимой дальности, маркерные знаки снабжены кронштейнами для жесткого крепления пластин под фиксированным углом установки относительно вертикали, а посадочные фары видимого и инфракрасного подсвета попарно конструктивно объединены в комбинированные фары и выполнены с многоэлементными светодиодными матрицами.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве посадочной поверхности для летательного аппарата использована аэродромная взлетно-посадочная полоса.
3. Система по п.2, отличающаяся тем, что маркерные знаки выполнены двухлепестковыми.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве посадочной поверхности для летательного аппарата использованы вертолетная площадка или вертолетодром.
5. Система по п.4, отличающаяся тем, что маркерные знаки выполнены трехлепестковыми с круговой в горизонтальной плоскости характеристикой световозвращения.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве посадочной поверхности для летательного аппарата использована водная поверхность гидроаэродрома.
7. Система по п.6, отличающаяся тем, что маркерные знаки выполнены трехлепестковыми в виде поплавков с круговой в горизонтальной плоскости характеристикой световозвращения.
