Способ посадки летательного аппарата

Изобретение относится к технике посадки летательных аппаратов (ЛА) и предназначено для использования в автономных бортовых системах посадки на необорудованные в радиотехническом отношении взлетно-посадочные полосы (ВПП), в том числе ровные участки дорог и земной поверхности. При развертывании ВПП определяют географические координаты двух точек на продольной оси симметрии ВПП по ее краям и передают координаты этих точек на совершающий посадку ЛА, где их запоминают. На борту ЛА определяют географические координаты местоположения ЛА, северную и восточную составляющие скорости, курс, угол тангажа, угол крена, высоту полета и вертикальную скорость. Основываясь на этих данных, на борту вычисляют курсовой угол ВПП, курсовой угол ЛА, угол наклона глиссады и скорости изменения этих углов. В результате формируют сигналы управления ЛА в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Технический результат - повышение надежности и безопасности посадки ЛА на ВПП, а также повышение оперативности развертывания ВПП за счет упрощения системы посадки. Возможность посадки ЛА обеспечивается независимо от дальности ЛА до ВПП и высоты полета, в любое время года и суток, при любых метеоусловиях, в том числе при слепой посадке. 2 ил.

 

Изобретение относится к системам посадки летательных аппаратов (ЛА), используемым в автономных бортовых системах посадки (СП), на необорудованные в радиотехническом отношении взлетно-посадочные полосы (ВПП), в том числе ровные участки дорог и земной поверхности.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ посадки летательного аппарата по патенту РФ №2214943, опубликованному 27.10.2003, который выбран в качестве прототипа. Способ-прототип предусматривает выполнение следующих действий: оснащают ВПП четырьмя наземными ориентирами (НО), например пассивными радиолокационными уголковыми отражателями или маяками-ответчиками, которые размещают на продольной и поперечной осях симметрии ВПП по ее краям; измеряют координаты четырех НО относительно центра начала ВПП и полученные значения координат НО, а также значение курсового угла ВПП ψ_впп и рекомендуемое направление посадки передают на совершающий посадку ЛА, где их запоминают. На борту ЛА измеряют высоту полета ЛА Н_ЛА, вертикальную скорость ЛА , курс ЛА ψ_ла, угол тангажа ЛА υ_ЛА, угол крена ЛА γ_ЛА и, используя бортовую радиолокационную станцию (БРЛС), измеряют дальности до каждого HO и скорости изменения этих дальностей. По измеренным значениям дальностей до НО и скоростей изменения этих дальностей, высоты полета ЛА Н_ЛА, вертикальной скорости ЛА и запомненным координатам НО вычисляют курсовой угол ЛА ε_К - угол между осевой линией ВПП и проекцией на горизонтальную плоскость линии, соединяющей ЛА с центром начала ВПП, угол наклона глиссады ε_Г - угол между осевой линией ВПП и проекцией на вертикальную плоскость линии, соединяющей ЛА с центром начала ВПП, скорости изменения углов По вычислительным значениям измеренным значениям курса

ψ_ЛА, углов υ_ЛА, γ_ЛА и запомненному значению курсового угла ВПП ψ_впп в системе автоматического управления (САУ) ЛА формируют сигналы управления ЛА в горизонтальной и вертикальной плоскостях и по ним осуществляют управление ЛА на этапах снижения и посадки.

Недостатками прототипа являются:

- необходимость оборудования ВПП четырьмя НО, определение на земле курсового угла ВПП ψ_впп и направления посадки ЛА;

- наличие на борту ЛА весьма сложной и дорогостоящей БРЛС для работы с НО, имеющей ограничение работы по дальности, а также зависимость точности измерений от дальности ЛА до НО и высоты полета, от эффективной площади рассеяния (ЭПР) уголковых радиолокационных отражателей НО, а также от сложности метеоусловий.

Все это усложняет систему посадки ЛА на ВПП, снижает надежность и безопасность посадки ЛА, а также оперативность развертывания ВПП, что особенно важно в военное время.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности и безопасности посадки ЛА на ВПП, а также в повышении оперативности развертывания ВПП за счет упрощения системы посадки. При этом возможность посадки ЛА обеспечивается независимо от дальности ЛА до ВПП и высоты полета, в любое время года и суток, при любых метеоусловиях, в том числе при слепой посадке.

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом способе посадки ЛА так же, как и в прототипе, задают две точки взлетно-посадочной полосы (ВПП), расположенные на продольной оси симметрии ВПП по ее краям, определяют их координаты, определяют курсовой угол ВПП ψ_впп, передают на совершающий посадку ЛА полученные значения координат заданных точек ВПП, где их запоминают, на борту ЛА определяют дальности от ЛА до заданных точек ВПП, измеряют высоту полета ЛА Н_ЛА, вертикальную скорость ЛА , курс ЛА ψ_ЛА, угол тангажа ЛА υ_ЛА, угол крена ЛА γ_ЛА, вычисляют курсовой угол ЛА ε_К - угол между осевой линией ВПП и проекцией на горизонтальную плоскость линии, соединяющей ЛА с центром начала ВПП, вычисляют угол наклона глиссады ε_Г - угол между осевой линией ВПП и проекцией на вертикальную плоскость линии, соединяющей ЛА с центром начала ВПП, вычисляют скорости изменения углов вычисленным значениям измеренным значениям

ψ_ЛА, υ_ЛА, γ_ЛА и курсовому углу ψ_впп в системе автоматического управления ЛА формируют сигналы управления ЛА в горизонтальной и вертикальной плоскостях и по ним осуществляют управление ЛА на этапах снижения и посадки, в отличие от прототипа, определяют географические координаты двух заданных точек ВПП - широту φ_ВПП1 и долготу λ_ВПП1 первой точки, широту φ_ВПП2 и долготу λ_ВПП2 второй точки, на борту ЛА по запомненным значениям географических координат φ_ВПП1, λ_ВПП1, φ_ВПП2, λ_ВПП2 вычисляют курсовой угол ВПП ψ_ВПП по формуле

где

L_ВППφ=(φ_ВПП1-φ_ВПП2)·R_з,

R_з - радиус Земли;

определяют географические координаты местоположения ЛА широту φ_ЛА и долготу λ_ЛА, северную V_N и восточную V_E составляющие скорости ЛА, по полученным значениям географических координат ЛА φ_ЛА, λ_ЛА и запомненным значениям географических координат двух заданных точек ВПП φ_ВПП1, λ_ВПП1, φ_ВПП2, λ_ВПП2 вычисляют горизонтальные дальности d_i от ЛА до этих точек и пеленги П_i на эти точки по формулам

где L_φi=(φ_ЛА-φ_ВППi)·R_з,

определяют центр начала ВПП по наименьшей дальности d=d_{i min} от ЛА до двух заданных точек и определяют пеленг на центр начала ВПП П при d=d_{i min}, по полученным значениям курсового угла ВПП φ_ВПП, дальности d и пеленга П, составляющих скорости V_N, V_E, а также измеренным значениям высоты полета

ЛА Н_ЛА и вертикальной скорости ЛА вычисляют углы ε_К, ε_Г и скорости изменения углов по формулам

где Х_ЛА=dcosε_К;

где

где

В формулах (1)-(6) обозначены:

L_ВППφ, L_ВППw - составляющие расстояния между двумя заданными точками ВПП в географической системе координат;

- составляющие горизонтальной дальности d_i от ЛА до двух заданных точек ВПП в географической системе координат;

L_φ, L_W - составляющие дальности d от ЛА до центра начала ВПП в географической системе координат;

Х_ЛА - составляющая дальности d на продольной оси симметрии ВПП;

- скорость изменений составляющей Х_ЛА дальности d на продольной оси симметрии ВПП;

- скорость изменения дальности d от ЛА до центра начала ВПП.

Следует отметить, что при определении географических координат двух точек ВПП, расположенных на продольной оси симметрии ВПП по ее краям, нумерация этих точек - произвольная. В случае равенства рассчитанных дальностей до заданных точек ВПП d₁=d₂ центром начала ВПП, который по существу является и точкой захода ЛА на посадку, может быть любая точка ВПП, например первая, выбрав которую ЛА делает маневр в направлении захода на посадку.

На фиг.1 показаны:

ВПП - взлетно-посадочная полоса;

О₁₍₂₎, О₂₍₁₎ - точки ВПП, расположенные на продольной оси симметрии ВПП по ее краям, имеющие географические координаты широту φ_ВПП1, φ_ВПП2 и долготу λ_ВПП1, λ_ВПП2;

NO₁, EO₁ - горизонтальные оси географической системы координат NO₁E; ось NO₁ - направление на север, ось EO₁ - направление на восток;

Х₃О₁Z₃ - горизонтальная невращающаяся земная прямоугольная система координат, ось Х₃О₁ - направление по продольной оси симметрии ВПП, ось Z₃O₁ - направление по поперечной оси вправо;

φ_ВПП - курсовой угол ВПП;

О_ЛА - положение ЛА в горизонтальной плоскости при заходе ЛА на посадку;

d₁, d₂ - горизонтальные дальности от ЛА (О_ЛА) соответственно до точек О₁, O₂;

L_φ1, L_w1 - составляющие дальности d₁ до центра начала ВПП по осям системы координат NO₁E, соответственно, на север и на восток;

Х_ЛА, Z_ЛА - составляющие дальности d₁ до центра начала ВПП по осям системы координат Х₃О₁Z₃ соответственно по продольной оси симметрии ВПП и поперечной оси;

L_ВППφ, L_ВППw - составляющие расстояния между двумя заданными точками ВПП по осям системы координат NO₁E;

V_N, V_E - составляющие скорости ЛА в системе координат NO₁E;

П₁, П₂ - пеленги с ЛА на точки О₁, О₂;

хО_ЛА - продольная ось ЛА;

ψ_ЛА - курс ЛА;

ε_К - курсовой угол ЛА при заходе на посадку.

На фиг.2 показана структурная схема системы посадки ЛА, где:

1 - средство связи (любая связная радиостанция или система передачи данных);

2 - радиовысотомер;

3 - инерциально-спутниковая навигационная система (ИСНС) - инерциальная навигационная система (ИНС), скомплексированная со спутниковой навигационной системой (СНС);

4 - вычислитель, в состав которого входит запоминающее устройство (ЗУ);

5 - система автоматического управления (САУ) ЛА;

6 - ЛА.

Система посадки ЛА (фиг.2) работает следующим образом.

Определяют географические координаты двух точек ВПП, расположенных на продольной оси симметрии ВПП по ее краям φ_ВППi, λ_ВППi (i=1, 2) (точки O₁, О₂ на фиг.1) и являющихся центрами начала ВПП и точками захода ЛА на посадку. Наиболее оперативно определение географических координат точек O₁, O₂ ВПП можно произвести, устанавливая в эти точки на время определения координат аппаратуру потребителей спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС/GPS.

Эти географические координаты с помощью средства связи 1 передают на борт ЛА 6 заранее до вылета ЛА в точку назначения или при заходе ЛА на посадку, где они хранятся в ЗУ вычислителя 4.

По запомненным значениям географических координат φ_ВППi, λ_ВППi (i=1, 2) в вычислителе 4 вычисляют курсовой угол ВПП ψ_ВПП по формуле (1).

С помощью ИСНС 3 определяют географические координаты местоположения ЛА φ_ЛА, λ_ЛА и составляющие скорости V_N, V_E, измеряют курс ЛА ψ_ЛА, угол тангажа ЛА

υ_ЛА и угол крена ЛА γ_ЛА, а с помощью радиовысотомера 2 - высоту полета ЛА Н_ЛА и вертикальную скорость ЛА .

По полученным значениям географических координат ЛА φ_ЛА, λ_ЛА и запомненным значениям географических координат заданных точек ВПП φ_ВППi, λ_ВППi (i=1, 2) в вычислителе 4 вычисляют горизонтальные дальности d_i от ЛА до двух точек ВПП и пеленги П_i (i=1, 2) по формулам (2), определяют центр начала ВПП по наименьшей дальности от ЛА до одной из заданных точек ВПП d=d_{i min} и определяют пеленг на центр начала ВПП П при d_{i min}.

На фиг 1 центром начала ВПП для захода ЛА на посадку является точка O₁ с горизонтальной дальностью от ЛА d₁ и пеленгом с ЛА на центр начала ВПП П₁.

По полученным значениям V_N, V_E, вычисленным значениям угла φ_ВПП, дальности d и пеленга П и измеренным значениям Н_ЛА, в вычислителе 4 вычисляют углы ε_К, ε_Г и скорости изменения углов по формулам (3)-(6).

По вычисленным значениям ψ_ВПП и измеренным значениям углов

ψ_ЛА, υ_ЛА, γ_ЛА в системе автоматического управления (САУ) 5 так же, как и в прототипе, формируют сигналы управления ЛА в горизонтальной и вертикальной плоскостях и по ним осуществляют управление ЛА 6 на этапах снижения и посадки на ВПП.

Предложенный способ посадки ЛА по сравнению с прототипом позволяет:

- создать систему посадки менее сложной и, следовательно, более надежной за счет исключения из состава системы посадки четырех наземных ориентиров на ВПП, а также за счет исключения на борту ЛА сложной и дорогостоящей БРЛС;

- создать систему посадки на необорудованные в радиотехническом отношении ВПП, в том числе ровные участки дорог и земной поверхности, обеспечивающую автономную посадку ЛА на ВПП в любое время года и суток, при любых метеоусловиях, независимо от дальности ЛА до центра начала ВПП (точки захода ЛА на посадку);

- повысить безопасность посадки, реализовав в системе посадки комплексную обработку информации, вырабатываемой в ИСНС, что позволит при пропадании от СНС информации о координатах, скорости и курсе ЛА вырабатывать эти навигационные параметры в ИНС на время пропадания информации от СНС;

- более оперативно осуществлять развертывание ВПП, что особенно важно в военное время, за счет применения на время определения географических координат задаваемых точек ВПП аппаратуры потребителей СНС ГЛОНАСС/GPS.

Способ посадки летательного аппарата (ЛА), заключающийся в том, что задают две точки взлетно-посадочной полосы (ВПП), расположенные на продольной оси симметрии ВПП по ее краям, определяют их координаты, определяют курсовой угол ВПП φ_ВПП, передают на совершающий посадку ЛА полученные значения координат заданных точек ВПП, где их запоминают, на борту ЛА определяют дальности от ЛА до заданных точек ВПП, измеряют высоту полета ЛА Н_ЛА, вертикальную скорость ЛА , курс ЛА ψ_ЛА, угол тангажа ЛА υ_ЛА, угол крена ЛА γ_ЛА, вычисляют курсовой угол ЛА ε_К - угол между осевой линией ВПП и проекцией на горизонтальную плоскость линии, соединяющей ЛА с центром начала ВПП, вычисляют угол наклона глиссады ε_Г - угол между осевой линией ВПП и проекцией на вертикальную плоскость линии, соединяющей ЛА с центром начала ВПП, вычисляют скорости изменения углов , , по вычисленным значениям ε_К, ε_Г, , , измеренным значениям ψ_ЛА, υ_ЛА, γ_ЛА и курсовому углу ψ_ВПП в системе автоматического управления ЛА формируют сигналы управления ЛА в горизонтальной и вертикальной плоскостях и по ним осуществляют управление ЛА на этапах снижения и посадки, отличающийся тем, что определяют географические координаты двух заданных точек ВПП - широту φ_ВПП1 и долготу λ_ВПП1 первой точки, широту φ_ВПП2 и долготу λ_ВПП2 второй точки, на борту ЛА по запомненным значениям географических координат φ_ВПП1, λ_ВПП1, φ_ВПП2, λ_ВПП2 вычисляют курсовой угол ВПП ψ_ВПП по формуле

где
L_ВППφ=(φ_ВПП1-φ_ВПП2)·R_з,
R_з - радиус Земли,
определяют географические координаты местоположения ЛА - широту φ_ЛА и долготу λ_ЛА, северную V_N и восточную V_E составляющие скорости ЛА, по полученным значениям географических координат ЛА φ_ЛА, λ_ЛА и запомненным значениям географических координат двух заданных точек ВПП φ_ВПП1, λ_ВПП1, φ_ВПП2, λ_ВПП2 вычисляют горизонтальные дальности d_i от ЛА до этих точек и пеленги П_i на эти точки по формулам

где

определяют центр начала ВПП по наименьшей из дальностей от ЛА d=d_{i min} и определяют пеленг П на центр начала ВПП при d=d_{i min}, по полученным значениям курсового угла ВПП ψ_ВПП, дальности d и пеленга П, составляющих скорости ЛА V_N, V_E, а также измеренным значениям высоты полета ЛА Н_ЛА и вертикальной скорости ЛА вычисляют углы ε_К, ε_Г и скорости изменения углов , по формулам
ε_К=П-ψ_ВПП,

где Х_ЛА=dcosε_К,

где

где