Устройство для управления заходом самолета на посадку

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 05 Л 1/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ЕЛХОТЕИА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

- К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4777313/24 (22) 03.01.90 (46) 23.12.92. E/0n. Nã 47 (71) Академия гражданской авиации (72) А. Н, Барабаш (56) Патент ФP Г Nã 1406587, кл. G 05 D 1/10, 1971. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ 3АХОДОМ САМОЛЕТА HA ПОСАДКУ (57) Изобретение относится к авиации и, в частности, к устройствам, обеспечивающим заход самолета на посадку по курсу на аэродромы без наземного радиотехничеИзобретение относится к авиации и, в частности, к устройствам, обеспечивающим заход на посадку по курсу на аэродромы без наземного радиотехнического оборудования.

Известны устройства управления по курсу в действующих системах посадки

"ILS" и "СП-50" (Михалев И, А. Системы автоматической посадки. M.: Машиностроение, 1975, с. 11-19), включающее в себя наземное и бортовое оборудование.

Главным элементом наземного оборудования является курсовой радиомаяк (КРМ), с помощью которого создается радиополе специальной конфигурации и напряженности, задающее в горизонтальной плоскости траекторию снижения воздушного судна (ВС) для посадки — линию курса.

Бортовое оборудование управления по курсу включает в себя курсовой радиоприемник, блок обработки принятого сигнала, блок формирования управляющего параЫ2,, 1783482 А1 ского оборудования. Целью изобретения является повышение безопасности полета при посадке. Для этого в устройство, содержащее бортовую радиолокационную станцию, блок обработки сигналов, формирователь управляющих команд, пассивный отра;<атель и индикатор, введены дифференцирующий блок, пульт дистанционного управления, датчик скорости и датчик курса, причем пассивный отражатель расположен в точке, равноудаленной от торцов вэлетнопосадочной полосы на расстояние не менее половины ширины взлетно-посадочной полосы от ее бокового края 1 з. и. ф-лы, 9 ил. метра и выдачи его на индикатор, по которому пилот определяет место ВС относительно линии курса.

Недостатком вышеописанных устройств управления по курсу является обязательное наличие КРМ, что часто (ф невозможно или нецелесообразно (на Ъ аэродромах с малой интенсивностью псле- р тов), а также сложность и высокая стоимссть наземного и бортового посадочного оборудования. !

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является систем» захода самолета на посадку (патент cDPi N

1406587, кл. G 05 D 1/10), содержащая устройство управления по курсу, включающее: два пассивных отражателя (расположенных по оси взлетно-посадочной полосы (ВПГ!) на расстоянии не менее 1800 м); бортовую радиолокационную станцию (БРЛС); блок обработки полученного сигнала: блок

1783482 щим входом бортовой радиолокационной станции, выход датчика скорости соединен с четвертым входом формирователя управляющих команд, причем пассивный отражатель расположен в точке, равноудаленной

55 формирования управляющего параметра; индикатор.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства: 1 — БРЛС; 2 — блок обработки полученного сигнала; 3 — блок формирования 5 управляющего параметра; 4 — индикатор; на фиг. 2 — схема работы устройства, БРЛС 1 облучает отражатели 01 и 02 (фиг, 2), подавая данные на вход блока 2. В блоке обработки полученного сигнала 2 из- 10 меряется временная задержка AT между полученными отраженными импульсами и расстояния r> и rz от ВС до отражателей.

В блоке формирования управляющего сигнала 3 по величинам AT, r>, г2 рассчиты- 15 вается угол между чаправлениями на отражатели и, а по величинам а, r>, rz рассчитывается линейное отклонение от линии курса 1, пропорционально которому вырабатывается управляющий параметр и 20 подается на индикатор 4.

Недостатком данного устройства является низкая информативность управляющего параметра, выраженная в возможности контролировать лишь линейное боковое от- 25 клонение отлинии курса, а также необходимость установки двух пассивных отражателей, Цель изобретения — повышение безопасности полетов при посадке. 30

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления заходом самолета на посадку, содержащее бортовую радиолокационную станцию, первый и второй входы которой подключены соответственно 35 к первому и второму входам блока обработки сигналов, формирователь управляющих команд, соединенный первым входом с первым выходом блок обработки сигналов, а выходом — с входом индикатора, пассивный 40 отражатель, дополнительно содержит дифференцирующий блок, пульт дистанционного управления, датчик скорости и датчик курса, подключенный выходом к третьему входу блока обработки сигналов, четвертый 45 и пятый входы которого связаны соответственно с первым и вторым выходами пульта дистанционного управления, шестой вход— с третьим выходом бортовой радиолокаци50 онной станции, второй выход — с вторым входом формирователя управляющих команд и через дифференцирующий блок — с третьим входом формирователя управляющих команд, а третий выход — с управляюот торцов взлетно-посадочной полосы на расстояние не менее половины ширины взлетно-посадочной полосы от ее бокового края, Кроме того, блок обработки сигналов содержит последовательно соединенные первый сумматор, первый элемент сравнечия, генератор пилообразного напряжения, элемент памяти и второй сумматор, последовательно соединенные задатчик расстояния между пассивным отражателем и взлетно-посадочной полосой и делитель, последовательно соединенные третий сумматор и элемент умножения, а также задатчик максимального углового уклонения, выход которого подключен к второму входу элемен- а умножения, соединенного выходом с первым выходом блока, второй вход второго сумматора подключен к выходу делителя, а выход — к второму выходу блока, второй вход делителя связан с выходом третьего сумматора, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и пятым входами блока, второй вход элемента сравнения подключен к четвертому входу блока, а выход — к третьему выходу блока, первый вход первого сумматора соединен с третьим входом блока, а второй вход — с вторым входом блока. шестой вход которого связан с вторым входом генератора пилообразного напряжения, На фиг. 3 представлена общая блок-схема предлагаемого устройства; на фиг, 4— пульт дистанционного управления (ПДУ); на фиг, 5 — блок обработки сигналов йа фиг. 6 — временные диаграммы работы блока обработки сигнала; на фиг. 7 — формирователь управляющих команд; на фиг. 8 — общая блок-схема БРЛС; на фиг. 9 — схема работы устройства, На фиг, 3 приняты следующие обозначения; 1 — ПДУ: 2 — датчик курса; 3 — БРЛС; 4 — датчик скорости; 5 — блок обработки сигналов; 6 — дифференцирующий блок; 7— формирователь управляющих команд; 8— индикатор; на фиг, 4: 1.1 — задатчик (величины МКп); 1.2 — задатчик (величины Свпп); на фиг. 5: 5.1 — сумматор; 5,2 — элемент сравнения; 5,3 — сумматор: 5.4 — генератор пилообразного напряжения, 5.5 — задатчик (величины m): 5.6 — задатчик (величины Imax):

5.7 — элемент памяти; 5.8 — делитель; 5,9— элемент умножения 5.10 — сумматор; на фиг. 7: 7.1, 7.2 —; 7.3 — вычитающее устройство; на фиг, 8: 1 — синхронизатор; 2 — модулятор; 3 — импульсный генератор

СВЧ; 4 — антенный переключатель; 5 — приемник СВЧ; 6 — детектор; 7 — индикатор; 8— антенное устройство (антенна и блок управления).

1783482

ПДУ 1 (фиг. 3) соединен с входом блока ход вычитающего устройства 7,3 соединен с обработкй сигналов 5, другие входы которо- индикатором 8, го соедийены с датчиком курса 2 и БРЛС 3, Совместная работы БРЛС и заявленноБлок обработки сигналов 5 имеет три выхо- ro устройства осуществляется следующим дэ, два из которых соединены непосредст- 5 образом (фиг. 8). Синхронизатор 1 (предвен но с входами формирователя ставляющий собой импульсный генератор управляющих команд 7, причем один из вы- малой мощности), вырабатывая слабые имходов блока обработки сигналов5соединен пульсы, коордийирует работу всех блоков с формирователем управляющих команд 7 БРЛС и запускает импульсный генератор через дифференцирующий блок 6, а третий 10 СВЧ 3. Генератор СВЧ 3 вырабатывает мощ- . выходсоединен с БРЛС3. Формирователь ный зондирующий импульс, который подауправляющих команд 7 соединен с датчи- ется наантенноеустройство8сдиаграммой ком скорости 4. Индикатор 8 соединен с найравленности в горизонтальной плосковыходом формирователя управляющих ко- сти в виде узкого луча. Зондирующий. иммэнд. . : 15 пульс представляет собой не единичный

ПДУ 1 состоит иэ задатчика 1.1 и задэт- импульс, а короткую серию СВЧ-сигнала, чика 1.2 (фиг. 4);: выходы которого соедине- Длину серии и частоту ее подачи определяет ны с блоком 5, а органы управления модулятор2взэвисимостиотвыборамасшрасположены в кабине пилота,....... таба и режима работы БРЛС., Блокобработки сигйалов5(фиг. 5) вклю- 20 Антенна БРЛС является приемопереда. чает в себя ряд элементов: последовательно ющей благодаря работе антенного переклюсоединенные первый сумматор 5.1, первый чателя 4, который попеременно подключает элемент сравнения 5.2, генератор пилооб- антенну к выходу генератора СВЧ 3 (когда разного напряжения 5.4, элемент памяти нужно излучить зондирующий сигнал) и по

-,: 5.7 и второй сумматор 5.10, последователь- 25 входу приемника СВЧ 5 (когда нужно при на соединейные задатчик расстояния меж- нять отраженный сигнал). Антенна БРЛС не ду пассивным отражателем и является неподвижной, в связи с чем она взлетно-посадочной полосой 5.5 и делитель содержит в своем составе блок управления, 5.8, последовательно соединенные третий обеспечивающий, в частности, стажировасумматор 5;3 и элемент умножения 5.9. а 30 ние антенны в горизонтальной плоскости. С также задатчик максимального углового ук- блока управления снимается сигнал, пролонения 5,6, выход которого подключен к порциональный направлениюлуча антенны второму входу элемента умножения 5;9, со- сигнал, поступающий в блок обработки сиг.единенного выходом с первым выходом нала заявленного устройства; туда также блока, второй вход второго сумматора 5.10 35 поступает сигнал от блока обработки сигнэподключен к выходу делителя 5.8, а выход — ла заявленного устройства, изменяющий к второму выходу блока; второй вход дели- направление движения антенны при сканителя 5.8 связан с выходом третьего сумма- ровании. тора 5.3, первый и второй входы которого Принятый антенным устройством 8, отсоединены соответственно с первым и пя- 40 раженный от цели сигнал поступает на вход тым входами блока, второй вход элемента приемника СВЧ 5. С выхода приемника СВЧ сравнения 5;2 подключен к четвертому вхо- 5 отраженный импульс поступает в блок обду блока. а выход — к третьему выходу блока, . работки сигнала заявленного устройства, а первый вход первого сумматора 5,1 соеди- также в детектор 6, где выделяется полезнен с третьим входом блока. а второй вход 45 нйй сигнал, как правило на низкой частоте, — с вторым входом блока, шестой вход кото- . С выхода детектора 6 сигнал, пропорциорого связан с вторым входом генератора нэльный дальности до цели,. поступает на пилообразного напряжения 5.4.. . индикатор БРЛС 7 и в блок обработки сигнала заявленного устройства, Блок формирования управляющего пэ-. 50 Работа устройства осуществляется слераметра 7(фиг. 7) состоит из двухделителей дующим образом (фиг. 9). При облучении

7.1 и 7.2 и вычитающего устройства 7.3, co-. БРЛС 3 отражателя О, расположенного рмединенных последовательно. Входы дели-: . дом с ВПП, в точке, равноудаленной от тортеля 7.1 соединены с выходом блока . цов,вблокеобработкисигналовиэмеряется обработкисигналов5исдатчикомскорости 55 курсовойугол цели Оц — угол между направ4. Входыделителя7.2соединеныс выходом ленивм курса посадки и направлением на делителя 7.1 и с выходом блока обработки отражатель 0. $ц определяется по временсигналов5. Входы вычитающегоустройства ной задержке между отраженным и опор7.3 соединены с выходом делителя 7.2 и ным импульсами. Опорный импульс выходом дифференцирующего блока 6. Вы- вырабатывается в момент совпадения на1783482 правления луча антенны с направлением курса посадки, нэ основе сравнения данных

БРЛС 3, ПДУ 1 и датчика курса 2, Откорректированный сигнал, пропорциональный величине бокового уклонения (БУ), через дифференциальный блок 6 и непосредственно поступает в формирователь управляющих команд 7, вход которого соединен также с выходом блока обработки сигналов 5; туда же поступает сигнал от датчика скорости 4, На основе этих сигналов формируется управляющий параметр, пропорциональный первой производной по времени от бокового уклонения ВС от линии курса, и выдается на индикатор 8.

Более подробно рассмотреть работу блока обработки сигналов можно при помощи временных диаграмм (фиг. 6). Сигналы, и ропорциональные текущему магнитному курсу полета 1 и направлению антенны

БРЛС (при сканировании) 2, суммируются, образуя на выходе сумматора 5.1 (фиг, 5) сигнал. пропорциональный магнитному курсу направления луча антенны. Сигнал 3 подается на вход элемента сравнения 5.2, на второй вход которого. подается величина

МКп, пропорциональная магнитному курсу посадки, Величины МКп и L ><, вырабатываемые задатчиками 1.1 и 1.2, задаются пилотом.

Задатчики 1.1 и 1.2 конструктивно расположены в одном корпусе и образуют ПДУ, который расположен в пилотской кабине, В момент равенства сигналов на выходах элемента сравнения 5.2 вырабатывается опорный импульс 5, который подается на вход генератора пилообразного напряжения 5,4; на его второй вход подается импульс 6 от БРЛС 3 в момент получения отраженного сигнала от пассивного отражателя. Импульс 5 запускает генератор пилообразного напряжения 5.4. С этого момента напряжение на выходе генератора 5,4 начинает увеличиваться по линейному закону до момента поступления импульса 6 на второй вход генератора. В этот момент напряжение на выходе генератора 5.4 снова становится равным нулю до поступления следующего импульса 5 с выхода схемы сравнения 5.2, Таким образом, на выходе генератора 5.4 получается переменный сигнал вида 7 (фиг, 6). Однако элемент памяти 5,7 работает таким образом, что фиксирует только максимальную величину сигнала за одйн цикл работы генератора 5,4 и сохраняет ее на своем выходе (сигнал 8) до следующего цикла работы генератора, т.е. до следующей пары импульсов 5 и 6.

Физическим смыслом совместной работы генератора 5,4 и запоминающего устрой45

В элементе умножения 5,9 производится вычисление величины S< — расстояния до точки выхода на линию курса. Ss рассчитывается на основе сигналов S и I x=const— максимального углового уклонения, вырабатываемого задатчиком 5.6. Физический смысл величины I x представляется как тангенс максимально допустимого углового отклонения от линии курса. Максимальное допустимое угловое отклонение от линии курса определено в Указании МГА 3.1 — 48 от 28,08;79. Согласно этому документу величина Immix-0,032. Расчет величины S> сводится к перемножению величин S и I X в элементе умножения 5.9, на выходе которого вырабатывается сигнал, пропорциональный S<, который поступает на выход блока обработки сигналов 5. ства 5,10 является измерение временного интервала между импульсами 5 и 6; которому соответствует:сигнал 8. Учитывая то, что угловая скорость сканирования луча антен5 ны постоянна, временный интервал будет пропорционален величине угла между направлением магнитного курса посадки и направлением на отражатель, т.е. у цели 0ц, С

БРЛС 3 снимается напряжение, пропорцио10 нальное расстоянию до цели Sö, которое подается на вход сумматора 5.3; на его второй вход подается напряжение, вырабатываемое задатчиком 1,2 ПДУ, пропорциональное длине ВПП (LB „) Сиг15 нал на выходе сумматора 5.3 пропорционален удалению до торца ВПП и подается на входы делителя 5,8 и элемента умножения

5.9.

На второй вход делителя 5,8 поступает

20 напряженйе от задатчика 5,5. пропорциональное величине m=const. Так как отражатель 0 расположен не на оси ВПП. а в стороне(фиг, 9), то измерение Оц, а следовательно, и БУ будет произведено не относи25 тельно линии курса., а относительно линии, параллельной ей и проходящей через отражатель О, Для компенсации образовавшейся погрешности используется величина

m=const, Ее физический смысл — расстояние

30 от отражателя 0 до оси ВПП. Величина напряжения m выбирается таким образом, чтобы соотношение напряжений S u m было равным соотношению расстояний Söè m>. В делителе 5,8 величина m делится Hà S, и на

35 его выходе вырабатывается сигнал, пропорциональный вышеописанной угловой погрешности, который суммируется с сигналом в сумматоре 5.10. На выходе сумматора 5.10 вырабатывается напряжение, 40 пропорциональное БУ ВС относительно линии курса, 1783482

Для уменьшения дискретности счисления необходимо исключить сканирование антенны БРЛС в ненужных секторах. Полезным сектором сканирования является угол между направлением МКП и направлением на отражатель, С этой целью опорный импульс 5 с входа схемы сравнения 5 2 подается в блок управления антенной БРЛС, изменяя направление сканирования антенны на противоположное, Аналогично ис- 10 пользуется в схеме управления и отраженный от цели импульс, В случае совпадения этих импульсов во времени необходимо ограничить сканирования антенны в секторе - 3 от направления MKП.

С выхода блока обработки сигнала 5 (фиг, 3) сигнал, пропорциональный БУ, поступает на вход дифференцирующего блока

6, где происходит его дифференцирование по времени; 20 ж = —; Г- . (1)

ЛБУ

Сигнал т пропорционален фактической скорости изменения БУ.

Сигнал, пропорциональный величине 25

Se, с выхода блока обработки сигналов 5 поступает на вход делителя 7,1 (фиг. 6), на второй вход которого поСтупает сигнал Ч от датчика скорости полета. По этим двум сигналам рассчитывается время выхода на линию курса в= —.

Se

V (2)

При расчете величины te по формуле (2) 30

35 при больших БУ образуется некоторая погрешность ввиду того, что расстояние от ВС до расчетной точки выхода на линию курса несколько больше, чем расстояние Se. Однако при приближении ВС к линии курса эта погрешность уменьшается и практически 40 сводится к нулю при малых BY. т.е. именно в том месте, где требования к точности возрастают, Такое распределение точности вычисления ты вполне приемлемо и допускает

45 использование формулы (2), По величине te и БУ рассчитывается необходимая скорость изменения БУ, для того чтобы выйти на линию курса через время т,;

БУ

У » 50 у» является контрольным параметром, указывающим, какой должна быть скорость изменения БУ, для выхода на линию курса в зависимости от величины фактического БУ; в вычитающем устройстве 7,3 происходит 55 сравнение контрольного сигнала у» и фактического сигнала уф. а разность их — управляющий параметр Х вЂ” подается на инди като.р, Введение новых узлов позволяет вычислять первую производную по времени or БУ

ВС относительно линии курса. Это дает возможность испольэовать в качестве управля- ющего параметра скорость изменения БУ, переводя тем самым информацию о положении ВС иэ пространства координат в пространство скоростей, что уменьшает время реагирования пилота на возникающие БУ.

При использовании прототипа пилот имеет информацию о фактическом БУ относительно линии курса Но управление BC устроено так, что воздействуя на рычаги управлейия, пилот может изменять лишь скорость изменения БУ, а не само BY, Таким образом, получается несоответствие между способом управления и отображаемой информацией, которое вынуждает пилота постоянно дифференцировать в уме показания индикатора, При использовании предлагаемого устройства на индикаторе отображаются скорость изменения БУ, т.е. вышеуказанное несоответствие устраняется, Пилот может считывать с индикатора информацию о том параметре, на который он воздействует непосредственно, Это обстоятельство значительно облегчает пилоту процесс управления в горизонтальной плоскости при заходе на посадку.

Преимуществом предлагаемого устройства перед прототипом является также меньшее число пассивных отражателей, требуемых для работы устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для управления заходом самолета на посадку, содержащее бортовую радиолокационную станцию, первый и второй выходы которой подключены соответственно к первому и второму входам блока обработки сигналов, формирователь управляющих команд, соединенный первым входом с первым выходом блока обработки сигналов, а выходом — с входом индикатора, а также пассивный отражатель, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения безопасности при посадке, оно содержит дифференцирующий блок, пульт дистанционного управления, датчик скорости и датчик курса, подключенный выходом к третьему входу блока обработки сигналов, четвертый и пятый входы которого связаны соответственно с первым и вторым выходами пульта дистанционного управления, шестой вход— с третьим выходом бортовой радиолокационной станции, второй выход — с вторым входом формирователя управляющих команд и через дифференцирующий бло< с третьим входом формирователя управл ющих команд, а третий выход — с управл ю1783482

-<

1 щим входом бортовой радиолокационной станции, выход датчика скорости соединен с четвертым входом формирователя управляющих команд, причем пассивный отражатель расположен в точке, равноудаленной 5 от торцов взлетно-посадочной полосы на расстояние не менее половины ширины взлетно-посадочной полосы от ее бокового края, 10

2; Устройство по и, 1, о т л и ч а ю: щ е е. с я тем; что блок обработки сигналов содержит последовательно соединенные первый . - сумматор, первый элемент сравнения, генератор пилообразного напряжения, элемент 15 памяти и второй сумматор. последователь. но соединенные датчик расстояния между, пассивным отражателем и взлетно-посадочной полосой и делитель, последовательно соединенные третий сумматор и элемент умножения, а также эадатчик максимального углового уклонения, выход которого подключен к второму входу элемента умножения, соединенного выходом с первым выходом блока, второй вход второго сумматора подключен к выходу делителя, а выход — к второму выходу блока, второй вход делителя связан с выходом третьего сумматора, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и пятым входами блока. второй вход элемента сравнения подключен к четвертому входу блока, а выход — к третьему выходу блока, первый вход с вторым входом блока, шестой вход которого связан с вторым входом генератора пилообразного напряжения.

1783482 о Бог уооаРп. анп енной 6РЛС 3

Епоеа Х

1783482

Саста вител ь А. Барабаш

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор А Мотыль

Редактор Г.Бельская

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 4514 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCP

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5