Способ индикации текущей и прогностической информации в процессе воздушной дозаправки летательного аппарата

Изобретение относится к области авиации, в частности к заправке топливом летательных аппаратов (ЛА) в полете. Предназначено для индикации летчику текущей и прогностической информации о будущем движении ЛА-абонента относительно ЛА-заправщика с индикацией зоны минимального и опасного ожидаемого вихревого воздействия, автоматизации управления по выведению ЛА-абонента в условия дозаправки, выполнению дозаправки и парированию вихревого воздействия на основе расчетной и измерительной информации. Применен эффективный интерактивный метод управления ЛА при прицеливании по воздушным целям. Обеспечивается индикация, строящаяся на основе расчета прогностической информации об относительном движении воронки шланга ЛА-заправщика при воздушной дозаправке ЛА. 1 ил.

 

Изобретение относится к области авиации, в частности к дозаправке топливом летательных аппаратов (ЛА) в полете.

Уровень техники

При дозаправке самолета в полете необходимо обеспечить как успешную дозаправку, так и безопасность полета.

Ключевым является вопрос безопасности. Основными факторами, влияющими на безопасность, при дозаправке являются: попадание ЛА (далее ЛА-абонент) в опасные зоны вихревых следов генераторов вихрей ЛА-заправщика, точность воздушной навигации, выброс топлива и попадание его в двигатель, а также метеоусловия - ветер, сдвиг ветра, стратификация, турбулентность и др. Каждый из этих факторов может привести к катастрофе. Наиболее важным фактором безопасности при дозаправке является вихревая безопасность.

Для осуществления потенциальной возможности оптимизации безопасных расстояний между летательными аппаратами в процессе заправки, является выбор режимов полета, обеспечивающих заданный уровень безопасности. В настоящее время для решения задачи дозаправки пилоту предоставляется информация о положении вихревого следа и о положении ЛА-абонента и относительного положения ЛА-заправщика относительно него в прогнозируемый момент времени.

Перспективным путем повышения безопасности полета является представление пилоту в реальном масштабе времени информации о прогнозируемом положении вихревых следов, попадание в которые может привести к летному происшествию. Так, известна система предупреждения о турбулентности следа, предназначенная для размещения на борту летательных аппаратов, предусматривающая информирование экипажа ЛА-абонента о потенциальном входе в вихревой след другого ЛА только тогда, когда система определит, что вход указанного ЛА вихревой след произойдет через определенный промежуток времени (Patent US 6177888 B1, 08.09.1999).

Система обеспечивает индикацию о близости к объему вихревого следа, когда расстояние или время до такого входа становится меньше заданного порога. При этом ширину и высоту объема вихревого следа вычисляют в каждой точке из множества точек вдоль траектории вихревого следа в виде функции расстояния между ЛА.

Известен способ и устройство создания визуальных отображений вихревых следов путем математического моделирования их на основе характеристик ЛА, генерирующего вихревой след, с учетом влияния атмосферных условий, в частности скорости и направлению ветра, температуре воздуха, в выверке полученных данных со справочной таблицей или моделировании вихревого следа с визуализацией положения и его траектории относительно ЛА-заправщика, на состояние вихревого следа (Patent US 5845874 А, 29.10.1996). При этом в устройстве использован быстрореагирующий дисплей, на котором осуществляют визуализацию смоделированных вихревых следов от каждого ЛА, находящегося вблизи указанного ЛА-абонента.

В патенте RU 2477893 С1, 30.09.2011 представлен способ обеспечения вихревой безопасности полета летательного аппарата. Способ включает передачу ЛА-заправщиком информации о создаваемым вихревом следе, скорости полета, координатах, времени передачи путем радиосвязи «борт-борт» и последующий прием этой информации ЛА- абонентом, при этом ЛА-абонент производит текущие, соответствующие параметрам приходящего к нему вихревого следа от ЛА-заправщика расчеты величины действующего на него возмущающего момента крена и измерения вихревой обстановки перед ЛА- абонентом, проводит расчеты возмущающего момента крена, проводит сравнение величин возмущающего момента крена, рассчитанных по результатам этих измерений, с величинами возмущающего момента крена, полученных расчетом на основании переданной информации ЛА-заправщиком, при этом требуемые для определения вихревой обстановки перед ЛА-абонентом данные получают путем измерений с помощью датчиков статического давления, устанавливаемых на «критических» точках его крыльев, причем наибольшее из вычисленных значений возмущающего момента крена выбирают как ожидаемое воздействие вихревого следа на ЛА-абонент и выбранную величину в качестве корректирующей вводят в систему управления ЛА-абонента. В изобретении вопрос отображения информации вихревой безопасности для ЛА-абонента не обсуждается.

В патенте «Способ обеспечения безопасности заправки топливом в полете и устройство для его осуществления» (патент RU 2575301 С1, 18.08.2014) для безопасности заправки топливам в полете перед подачей топлива через заправочную штангу с воронкой на самолете выдвигают турбулизаторы для интенсивного перемешивания потока воздуха и топлива в случае его утечки. Устройство обеспечения безопасности содержит турбулизаторы с высотой, выступающей за пограничный слой на высоту не более трети расстояния между поверхностью самолета и нижней кромкой воздухозаборника двигателя, установленные в зоне максимальных скоростей на пути вероятного разлива топлива. Вопросы индикации не обсуждаются.

Наиболее близким к заявляемому является «Способ и система предупреждения о возможности попадания летательного аппарата в опасную зону вихревого следа генератора вихрей» (патент RU 2324203 С2, 25.07.2003), где представлены способ и система предупреждения о возможности попадания летательного аппарата в опасную зону вихревого следа генератора вихрей. Способ заключается в предупреждении пользователя о предполагаемом попадании ЛА-абонента в опасные зоны вихревых следов генераторов вихрей. Система включает анализ окружающей ЛА-абонент среды, определение траектории и интенсивность вихревых следов генераторов вихрей, находящихся в окрестности ЛА-абонента, координат точек пересечения вихревых следов с контрольной плоскостью и геометрических параметров их опасных зон на основе заданного пользователем критерия опасности. Смоделированная контрольная плоскость расположена на упреждающем расстоянии в направлении движения ЛА-абонента, рассчитанного на основе выбранного времени упреждения, достаточного для совершения ЛА-абонентом уклоняющего маневра. При этом система формирует в контрольной плоскости область повышенного внимания, область прогнозируемых положений ЛА-абонента и опасные зоны вихревых следов в прогнозируемый момент времени. Далее она отслеживает события пересечения области повышенного внимания и/или области прогнозируемых положений ЛА-абонента с опасными зонами вихревых следов и с помощью устройств индикации и устройства визуализации обеспечивает привлечение внимания пользователя к этому событию.

Однако, необходимо отметить, что в рассмотренных патентах не рассматривается индикация во время дозаправки при одновременном учете безопасности и точности воздушной навигации, т.е. обеспечения факта стыковки заправочных узлов.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение заключается в повышении безопасности при дозаправке ЛА за счет расчета и отображения не только текущей, но и прогностической информации об относительном движении воронки шланга ЛА-заправщика и конца заправочной штанги ЛА-абонента при воздушной дозаправке летательного аппарата.

В настоящей заявке на изобретение предлагаются расчет и индикация основных управляющих параметров при решении задачи управления ЛА-абонентом на режиме воздушной дозаправки. Ручное управление ЛА-абонента на режиме воздушной дозаправки в условиях вихревого воздействия возможно с использованием индикации о текущей и прогностической полетной информации, индикации текущего и требуемого положений воронки ЛА-заправщика, линии прогнозируемых требуемых положений (ЛПТП) воронки с учетом движения обоих самолетов, индикации прогнозируемых боковой и вертикальной ошибок управления самолетом в процессе выведения его в состояние дозаправки и в процессе дозаправки.

На пилотажном информационном кадре многофункционального индикатора (МФЦИ) предполагается индицировать текущую и прогностическую информацию, в предположении, что точка наблюдения находится в центре массы ЛА-абонента.

Сущность изобретения поясняется рисунком, на котором представлена схема индикации текущей и прогностической информации в процессе воздушной дозаправки летательного аппарата, где:

1 - точка положения воронки шланга ЛА-заправщика в данный момент времени t;

2 - прицельная марка, индицирующая требуемое угловое положение воронки в данный момент времени t;

3 - ЛПТП воронки ЛА-заправщика (при нахождении ЛА-абонента вне области наименьшего вихревого воздействия в п точках ЛПТП отображаются линиями со стрелками величины возможного вихревого воздействия);

4 - расчетная область наименьшего вихревого воздействия, создаваемого ЛА-заправщиком;

5 - вертикальная линия, исходящая из конца ЛПТП, индицирующая разность высот прогнозируемых положений штанги и воронки;

6 - силуэт самолета («авиагоризонт»).

На индикаторе целесообразно дополнительно наглядно индицировать скорость сближения летательных аппаратов, величину и направление скоростей изменения относительного положения воронки и штанги в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Задача управления ЛА-абонентом при дозаправке в полете относится к категории сложных задач управления. Эта задача дополнительно усложняется наличием интенсивного вихревого воздействия со стороны ЛА-заправщика. Вихревое воздействие приводит к созданию аэродинамических моментов крена и дополнительной подъемной силы различного знака.

Для обеспечения безопасной дозаправки в полете необходимо повышение уровня автоматизации процесса управления ЛА-абонентом.

Задача дозаправки идентична задаче прицеливания. Поэтому для решения задачи управления ЛА-абонентом при дозаправке эффективное применение могут найти интерактивные методы управления ЛА при прицеливании по воздушным целям, изложенная в: Моисеев А.Г. Концепция оптимальной автоматизации и интерактивные системы управления. Тезисы докладов III конгресса «Информационные коммуникации, сети, системы и технологии», Международный форум информатизации. М., 1993.

Повышение уровня автоматизации решения задачи дозаправки может быть достигнуто за счет:

- формирования прогностической информации о будущем движении ЛА-абонента относительно ЛА-заправщика с индикацией зоны минимального (внутри обозначенного на рисунке прямоугольника) и опасного (вне обозначенного на рисунке прямоугольника) ожидаемого вихревого воздействия;

- автоматизации управления по выведению ЛА-абонента в условия дозаправки, выполнению дозаправки и парированию (действия, направленные на непопадание в опасную зону) вихревого воздействия на основе расчетной и измерительной информации.

Для решения задачи ручного интерактивного управления объектом с использованием индикации текущей и прогностической информации необходимо:

- определение на основе инструментальной информации текущих координат местоположения заправочной воронки;

- расчет на основании данных межсамолетной навигации и прием / передача параметров области воздушных вихревых потоков (ОВВП);

- решение в ускоренном масштабе прогнозируемого времени (t - текущий момент времени, τk - конечный момент времени прогноза) дифференциальных уравнений движения конца заправочной штанги заправляемого ЛА с учетом рассчитываемых вдоль прогнозируемой траектории ЛА-абонента аэродинамических сил и моментов, действующих на него в ОВВП, создаваемой ЛА-заправщиком, и уравнений движения воронки ЛА-заправщика (τk соответствует моменту попадания прогнозируемого положения штанги ЛА-абонента в картинную плоскость воронки заправщика);

- определение в i-ых временных точках прогнозируемого времени τ прогнозируемого радиус-вектора соединяющего прогнозируемое положение воронки ЛА-заправщика с прогнозируемым положением конца штанги ЛА-абонента;

- определение относительных линейных координат - проекции вектора дальности воронки соответственно на оси oxg, oyg, ozg нормальной «g» системы координат), радиус-вектора соединяющего положение в момент времени t центра масс ЛА-абонента с i-той точкой ЛПТП воронки;

- преобразование вектора из нормальной «g» в связанную «1» систему координат;

- определение угловых координат , точек ЛПТП;

- формирование на индикаторе по n рассчитанным значениям ЛПТП;

- формирование в каждой i-ой точке ЛПТП индикации (дугами со стрелками) величин возможного кренения ЛА-абонента вихревым потоком, создаваемым впереди летящим ЛА-заправщиком;

- формирование индикации прицельной марки - требуемого положения заправочной воронки для текущего момента времени t;

- формирование индикации вертикальной линии, исходящей из конца ЛПТП, имеющей длину равную разности высот прогнозируемых положений (при τ=τk) воронки ЛА-заправщика и конца штанги ЛА-абонента.

Изобретение осуществляется путем реализации летчиком интерактивного «ручного» управления дозаправкой в полете в соответствии со схемой, приведенной на рисунке:

1. В обеспечении путем управления ЛА-абонентом расположения изображения фактического положения воронки заправщика 1, прицельной марки 2 и ЛПТП 3 в области 4 - минимального возмущающего воздействия, создаваемого ЛА-заправщиком.

2. В наложении линии 5, путем бокового управления ЛА-абонентом, на воронку 1 шланга ЛА-заправщика, иначе в устранение боковой ошибки ЛА-абонента по отношению к ЛА-заправщику (при идеальном совмещении линии 5 и воронки 1 летчик в поле зрения видит воронку 1 и прицельную марку 2, соединенные между собой прямой линией).

3. В перемещении, путем управления ЛА-абонентом по высоте, воронки 1 по линии 5 в направлении конца ЛПТП 3 (в момент соединения воронки 1 с концом ЛПТП 3 прицельная марка 2 в поле зрения летчика сливается с концом ЛПТП 2 и тем самым воронка 1 сливается с прицельной маркой 2 и поэтому в случае отсутствия боковой ошибки для летчика - это равносильно наложению прицельной марки 2 на воронку 1).

4. В удержании прицельной марки 1 на воронке 2 (так чтобы не видны были линии 5 и 3) с одновременным сближением и с последующим (после стыковки в момент τ=0 воронки с концом штанги) выравнивании скоростей обоих ЛА в процессе заправки. В том случае, когда в процессе такого удержания становятся видны две линии 5 и 3, что означает наличие боковой ошибки, необходимо вновь устранить ее путем наложения линии 5 на воронку 1, если видна одна линия, соединяющая воронку 1 и прицельную марку 2, что означает наличие ошибки по высоте, необходимо устранить эту ошибку путем совмещения по этой линии воронки 1 и марки 2.

Наличие дополнительной индикации информации о скорости сближения, о величинах и направлениях скоростей изменения относительного положения воронки и штанги в вертикальной и горизонтальной плоскостях, сделает процесс дозаправки еще более удобным.

Текущую измерительную информацию целесообразно использовать для коррекции расчетной информации о размерах и положении области 4 минимального возмущающего вихревого воздействия, создаваемого ЛА-заправщиком и для автоматического демпфирования этого воздействия.

Основной отличительный признак предлагаемой индикации от существующей заключается в расчете и отображении не только фактической, но и прогностической информации об относительном движении воронки шланга ЛА-заправщика при воздушной дозаправке ЛА.

В качестве изобретения предъявляется система индикации текущей и прогностической информации о движении воронки шланга ЛА-заправщика относительно конца заправочной штанги ЛА-абонента при воздушной дозаправке ЛА.

Изобретение позволяет летчику на основе индикации прогностической информации предвидеть результат его управляющих действий (при управлении ЛА-абонентом) на процесс безопасного для ЛА-абонента (от вихревого воздействия ЛА-заправщика) сближения заправочного штыря и воронки заправщика, а также на процесс самой дозаправки.

Технический результат заключается в обеспечении индикации, строящейся на основе расчета прогностической информации об относительном движении воронки шланга ЛА-заправщика при воздушной дозаправке ЛА.

Способ индикации текущей и прогностической информации в процессе воздушной дозаправки летательного аппарата (ЛА), отличающийся тем, что:

- выполняется расчет и индикация основных управляющих параметров при решении задачи управления ЛА-абонентом на режиме воздушной дозаправки;

- для решения задачи управления ЛА-абонентом при дозаправке применяются интерактивные методы управления ЛА при прицеливании по воздушным целям;

- предусматривается ручное управление ЛА-абонентом на режиме воздушной дозаправки в условиях вихревого воздействия с использованием индикации о текущей и прогностической полетной информации;

- обеспечивается индикация текущего и требуемого положений воронки ЛА-заправщика, линии прогнозируемых требуемых положений (ЛПТП) воронки с учетом движения обоих ЛА;

- обеспечивается индикация прогнозируемых боковой и вертикальной ошибок управления ЛА в процессе выведения его в состояние дозаправки и в процессе дозаправки;

- на пилотажном информационном кадре многофункционального индикатора индицируются: точка положения воронки шланга ЛА-заправщика в текущий момент времени, прицельная марка, индицирующая требуемое угловое положение воронки в текущий момент времени, ЛПТП воронки, расчетная область наименьшего вихревого воздействия, создаваемого ЛА-заправщиком, вертикальная линия, исходящая из конца ЛПТП, индицирующая разность высот прогнозируемых положений штанги и воронки, силуэт ЛА;

- формируется прогностическая информация о будущем движении ЛА-абонента относительно ЛА-заправщика с индикацией зоны минимального и опасного ожидаемого вихревого воздействия;

- на индикаторе дополнительно индицируется скорость сближения летательных аппаратов, величина и направление скоростей изменения относительного положения воронки и штанги в вертикальной и горизонтальной плоскостях;

- выполняется автоматизация управления по выведению ЛА-абонента в условия дозаправки, выполнению дозаправки и парированию (действия, направленные на непопадание в опасную зону) вихревого воздействия на основе расчетной и измерительной информации.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к авиационной технике. Самолет-заправщик содержит оборудование для опорожнения топлива.

Изобретение относится к системам дозаправки летательных аппаратов в полете. Система регулирования скорости уборки-выпуска шланга на подвесных агрегатах заправки состоит из блока (1) автоматики агрегата заправки, турбины слежения (4) со створкой (3), барабана (5) со шлангом, датчика оборотов (6), сигнализатора (7) зон заправки.

Изобретение относится к авиации. Способ заправки самолета-буксировщика (2) в воздухе заключается в том, что самолет-буксировщик (2) снабжается горючим в полете с помощью дополнительного буксируемого авиационного топливного бака (1), который выполнен в виде беспилотного планера.

Изобретение относится к области авиации, в частности к заправке топливом самолетов в полете. Для безопасности заправки топливом в полете перед подачей топлива через заправочную штангу с конусом на самолете выдвигают турбулизаторы для интенсивного перемешивания потока воздуха и топлива в случае его утечки.

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам дозаправки ЛА топливом в полете. Контрольно-проверочная аппаратура системы управления подвесного агрегата заправки содержит блок индикации, блок управления исполнительными устройствами, а также входное и выходное устройство согласования и блок программ.

Изобретение относится к авиастроению. Способ полета группы самолетов включает взлет и полет основного боевого самолета и взлет самолета с компьютерным управлением со своим боевым комплектом.

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам дозаправки летательных аппаратов топливом в полете. Конус-датчик агрегата заправки топливом в полете содержит шаровой шарнир, корпус, аэродинамический конус и тензорезисторы.

Изобретение относится к области управления подвесными агрегатами заправки. Система управления ПАЗ содержит систему обогрева, включающую в себя датчик температуры (1), блок управления (3) обогревом и нагревательный элемент (4).

Изобретение относится к управляемым агрегатам заправки летательных аппаратов топливом в полете. При стабилизации конуса в трех перпендикулярных осях симметрии конуса направлениях выдуваются струи, интенсивность которых задается как линейная функция скорости и смещения конуса в соответствующем направлении.

Изобретение относится к авиационной технике, а именно - к подвесным агрегатам заправки (ПАЗ), обеспечивающим дозаправку летательных аппаратов топливом в полете. Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик системы управления ПАЗ для повышения уровня автоматизации и упрощения процесса заправки. Система управления подвесного агрегата заправки состоит из блока программного управления подвесного агрегата заправки и блока связи с исполнительными устройствами подвесного агрегата заправки.

Изобретение относится к области авиации, в частности к заправке топливом летательных аппаратов в полете. Предназначено для индикации летчику текущей и прогностической информации о будущем движении ЛА-абонента относительно ЛА-заправщика с индикацией зоны минимального и опасного ожидаемого вихревого воздействия, автоматизации управления по выведению ЛА-абонента в условия дозаправки, выполнению дозаправки и парированию вихревого воздействия на основе расчетной и измерительной информации. Применен эффективный интерактивный метод управления ЛА при прицеливании по воздушным целям. Обеспечивается индикация, строящаяся на основе расчета прогностической информации об относительном движении воронки шланга ЛА-заправщика при воздушной дозаправке ЛА. 1 ил.

Наверх