Способ и устройство стабилизации геометрических параметров указательных огней системы посадки летательных аппаратов

Группа изобретений относится к области авиации, в частности к системам оптической посадки палубных летательных аппаратов (ЛА). Помимо традиционной стабилизации блока указательных огней при качке корабля имеет место исключение влияния параметров воздушной среды в зоне формирования указательных огней на их направление распространения и геометрические параметры. В зоне формирования указательных огней устанавливаются датчики параметров воздушной среды и блок их стабилизации. Предусмотрено исключение влияния тепловыделения, создаваемого блоком указательных огней. Прожектор указательных огней может быть заменен на лазер с белым цветом излучения и модулятор яркости, цвета и пространственного положения лазерного пучка. При этом все тепловыделяющие элементы устанавливаются вне зоны формирования пучков, а пространственный модулятор - в начале посадочной полосы. Группа изобретений позволяет уменьшить влияние среды на параметры цветной зоны, создаваемой указательными огнями, в ходе посадки летательного аппарата на палубу корабля. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам оптической посадки (ОСП) палубных летательных аппаратов (ЛА).

Известна оптическая система посадки FLOLS (Frenel lens optikfllanding system) (Басов Ю.Г. Светосигнальные устройства. - М.: Транспорт, 1993, с.258), включающая оптический модуль, который состоит из:

линзовой колонки, состоящей из пяти светотехнических арматур с линзовыми блоками, расположенных вертикально одна над другой;

пяти красных огней захода на второй круг, расположенных вертикально справа и слева от линзовой колонки;

двенадцати базовых огней, расположенных по шесть в линию с каждой стороны от линзовой колонки на уровне третьего линзового блока;

двух колонок красных огней запрещения посадки.

Линзовый блок имеет приводы по тангажу и крену, позволяющие строить линию посадки относительно горизонта. Выбранный угол наклона системы посадки остается постоянным, несмотря на бортовую и килевую качку авианосца. Четыре верхние светотехнические арматуры создают четыре желтых прожектора, пятый нижний прожектор - красный. ОСП имеет блоки обеспечения работы огней и стабилизации линзовой колонки.

Важными характеристиками системы, определяющими ее качество, являются оптические параметры линзовых блоков (параметры луча, его расположение относительно корабельной системы координат), системы стабилизации ее в плоскости горизонта, угол наклона линзовых блоков относительно плоскости горизонта и угол поворота вокруг оси крена. Указанные характеристики должны соответствовать заданным значениям на ОСП в ходе посадки ЛА на палубу корабля.

Известно (Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. - М: Наука, 1967), что параметры среды распространения не являются стабильными, а их изменения могут приводить к существенным (несколько минут) изменениям направления распространения и к турбулентному уширению размеров поперечных сечений пучков, что особенно важно для вертикальной плоскости, где ширина пучков не превышает 30', а зоны перекрытия указательных огней не более 10'. Для обеспечения максимальной дальности работы ОСП в аналоге используются мощные прожектора, тепловыделение которых приводит к локальным изменениям параметров воздушной среды (показатель преломления, скорость перемещения локальных блоков с одинаковым показателем, их масштаб). В приведенном аналоге не приводится описание средств, позволяющих обеспечить исключение или ослабление до допустимого уровня влияния воздушной среды на параметры пучков ОСП на палубном участке, что снижает безопасность посадки ЛА на палубу корабля.

В ОСП («Корабельная оптическая система посадки летательных аппаратов», патент России №2083443, дата публикации 10.07.97), взятой за прототип, для формирования глиссады с заданным углом наклона аналогично «FLOLS» используются пять вертикально расположенных указательных огней, объединенных в блок указательных огней (БУО), которые имеют разные цвета. Крайние огни импульсные и имеют красный цвет. Далее сверху вниз идут огни желтого, зеленого и красного цвета. Недостатками указанного устройства, принимаемого за прототип, являются:

1) наличие тепловыделения в сторону распространения указательных огней;

2) наличие воздушного потока, обтекающего блок указательных огней, приводящего к турбулизации среды в зоне формирования параметров указательных огней.

Задачей изобретения является создание ОСП, в которой приняты меры по уменьшению влияния среды на параметры указательных огней в ходе посадки ЛА на палубу корабля.

Поставленная задача решается путем введения помимо стабилизации по качкам блока указательных огней дополнительных операций по стабилизации параметров самих указательных огней. Для этого измеряют параметры воздуха в зоне формирования указательных огней и определяют диапазон их изменений, при которых геометрические параметры указательных огней соответствуют заданным значениям. В ходе эксплуатации системы посадки определяют изменения параметров воздуха в палубной зоне формирования указательных огней и при выходе их изменений из установленного диапазона формируют сигналы управления и воздействуют на воздушную среду в палубной зоне формирования указательных огней так, что сводят указанные отличия к допустимому минимуму. При этом компенсируют изменения среды, либо управляя самими УО, либо воздействуют на среду путем подачи воздуха в зону формирования пучков нужной температуры и нужной скорости перемещения. Предложено герметизировать корпус блока указательных огней (БУО), объединяющего УО, а забор воздуха для охлаждения УО и его отвод производить вне зоны формирования УО. Предложено кардинальное решение задачи путем установки БУО в начале посадочной полосы, а его тепловыделяющих элементов - вне зоны формирования УО.

Предложено устройство для реализации способа, которое включает: базовые огни, огни запрета посадки, блок указательных огней в виде набора цветных прожекторов, соединенных на одной платформе с элементами стабилизации качек корабля, измеритель качек корабля, блок управления, питания, стабилизации и контроля (БУП), при этом элементы стабилизации платформы и измеритель качек корабля связаны с БУП и дополнительно введены в устройство измерители параметров воздуха, например температуры и скорости воздуха в зоне формирования УО, и блок стабилизации параметров воздуха, при этом выходы измерителей температуры и скорости воздуха в зоне формирования огней подключены через первый и второй входы блока стабилизации параметров воздуха, выход которого соединен с зоной формирования огней прямо или/и через БУО, а третий его вход соединен с БУП.

При этом блок указательных огней герметичен и снабжен прибором приточно-вытяжной вентиляции, который связан с блоком стабилизации параметров воздуха, а выход и вход прибора приточно-вытяжной вентиляции расположены вне зоны УО, или БУО снабжен открывающейся дверцей со стороны посадочной полосы, а прибор приточно-вытяжной вентиляции соединен с выходом блока стабилизации температуры и скорости воздуха в зоне формирования огней.

Возможна другая конструкция БУО, которая обеспечивает отвод тепла не в направлении распространения указательных огней. Для этого в устройство дополнительно введено зеркало или система зеркал с элементами стабилизации в пространстве, а блок указательных огней жестко связан с палубой и закреплен под углом к зеркалу или системе зеркал. Выход БУО оптически соединен с зеркалом или системой зеркал, а элементы стабилизации в пространстве зеркала или системы зеркал связаны с БУП. Блок указательных огней может быть расположен над зеркалом или системой зеркал.

Для того чтобы иметь возможность разместить БУО в начале посадочной полосы, в устройстве предложено заменить прожекторы на лазер с излучением белого цвета, модулятор цвета и мощности лазерного луча, зеркала с элементами управления его угловым положением в пространстве. Вход модулятора цвета и мощности лазерного луча подключен к первому выходу БУП, а его второй выход соединен с элементами управления угловым положением зеркала в пространстве, при этом выход лазерного излучения производится через установленные последовательно: модулятор цвета и мощности лазерного луча, зеркало и защитное стекло, а все тепловыделяющие элементы: лазер, модуляторы, блок управления, питания, стабилизации и контроля расположены вне зоны формирования указательных огней, например во внутренних помещениях корабля. Защитное стекло может быть установлено на плоскости кормы корабля.

На чертеже представлено устройство, где обозначено:

1 - указательные огни,

2 - гиростабилизированная платформа,

3 - БУО,

4 - элементы стабилизации углов качки корабля,

5 - датчик углов качки корабля,

6 - БУП,

7 - первый датчик параметров воздушного потока (например, температуры) в зоне формирования УО,

8 - второй датчик параметров воздушного потока (например, скорости воздушного потока) в зоне формирования УО,

9 - зона формирования УО (обозначена пунктиром),

10 - блок стабилизации параметров воздуха в зоне формирования УО (температуры, скорости воздушного потока),

11 - линия связи первого датчика параметров воздуха, например температуры воздуха в зоне формирования УО, с первым входом блока стабилизации параметров воздуха в зоне формирования УО,

12 - линия связи второго датчика параметров воздуха, например скорости воздушного потока в зоне формирования УО, со вторым входом блока стабилизации параметров воздуха в зоне формирования УО,

13 - линия связи датчика углов качки корабля с блоком управления, питания, стабилизации и контроля,

14 - линия связи элементов стабилизации углов качки корабля с блоком управления, питания, стабилизации и контроля,

15 - линия связи блока управления, питания, стабилизации и контроля с блоком стабилизации параметров воздуха в зоне формирования УО,

16 - выход блока стабилизации параметров воздуха в зоне формирования УО,

17 - корма корабля,

18 - первая секция базовых огней,

19 - вторая секция базовых огней,

20 - первый огонь запрета посадки,

21 - второй огонь запрета посадки.

Устройство работает следующим образом. Указательные огни 1 объединены в блок 3, который размещен на гиростабилизированной платформе 2, которая снабжена элементами стабилизации углов качки корабля 4. Датчик углов качки корабля 5 или корабельная инерциальная навигационная система по линии связи 13 передает параметры углов качки в БУП 6. На основе поступившей информации по линии связи 14 из БУП 6 на вход элементов стабилизации 4 подаются сигналы управления для стабилизации платформы 2, соединенной с БУО 3. Первый вход блока стабилизации параметров воздуха в зоне формирования 10 соединен по линии связи 12 с первым датчиком параметров воздуха 7. Второй вход блока стабилизации параметров воздуха в зоне формирования УО 10 соединен по линии связи 11 с первым датчиком параметров воздуха 8. Оба датчика 7 и 8 располагаются в зоне формирования УО 9. Выход 16 блока стабилизации параметров воздуха в зоне формирования УО 10 располагается в пределах зоны 9, например в районе БУО 3. Первая и вторая секции базовых огней 18 и 19 размещены на палубе по обе стороны от БУО 3. Аналогично размещены огни запрета посадки 20, 21.

При подаче питания из БУП 6 в БУО 3 создаются указательными огнями 1 информационные световые зоны желтого проблескового огня, желтого огня, зеленого огня, красного огня и красного проблескового огня. Кроме этого, соседние зоны имеют общие участки. При посадке, по мере снижения, летчик видит вначале желтый проблесковый огонь с полной модуляцией яркости, затем желтый с неполной модуляцией яркости, затем постоянный желтый, далее желто-зеленый, переходящий в зеленый и далее - зелено-красный, постоянный красный, красный с неполной модуляцией и красный проблесковый с полной модуляцией. Прожектора УО 1, базовых огней 18, 19, огней запрета посадки 20, 21 соединены с БУП 6. При подаче сигналов по линии 13 от датчиков качки корабля в БУП 6 он вырабатывает сигналы управления для элементов стабилизации 4. По линии связи 14 они передаются на гиростабилизированную платформу 2, с которой связаны элементы стабилизации 4. В результате работы исполнительных элементов стабилизации 4 стабилизируется платформа 2 в горизонтальной плоскости или в плоскости осредненного положения палубы (ОПП) и лучи УО 1 БУО 3, соединенного с гиростабилизированной платформой 2, стабилизируются в пространстве. Таким образом, происходит исключение влияния внешней среды (волнения моря) на параметры УО 1.

Параметры воздуха с датчиков 7, 8 поступают на вход блока стабилизации параметров воздуха 10. В нем поступившие сигналы сравниваются со значением этого параметра, при котором обеспечивались заданные значения параметров УО1. В случае превышения величины изменения измеренного параметра допустимого диапазона в блоке стабилизации параметров воздуха 10 вырабатываются сигналы управления, которые через выход 16 компенсируют эти изменения и вводят параметры воздуха в допустимый диапазон. Работа базовых огней 18, 19 и огней запрета посадки 20, 21 аналогична работе прототипа. При заходе ЛА на посадку включены базовые огни 18, 19 и в зависимости от положения его относительно УО летчик видит одну из цветных зон. При подлете, совершая маневры ЛА, выводит его в зону зеленого указательного огня. В случае неправильного снижения в точку посадки зажигаются огни запрета посадки 20, 21.

Предложено решение задачи в части отвода тепловых потоков, появляющихся при охлаждении УО 1. Для этого герметизируют БУО 3, а забор охлаждающего воздуха и его отвод производят вне зоны формирования УО 9.

Для негерметичного БУО 3, у которого имеется откидывающаяся дверца, выход 16 блока стабилизации параметров воздуха 10 ориентируют так, чтобы в зоне формирования пучков УО 1 параметры воздуха были идентичны параметрам воздуха с противоположной стороны БУО 3.

Предложено частичное ослабление влияния тепла, выделяемого БУО 2. Для этого вводят зеркало или систему зеркал. Исключение влияния качек на параметры УО, стабилизация их положения в пространстве производится путем стабилизации не всего БУО 2, а только зеркала или каждого из системы зеркал. Прожектора и платформа жестко связаны с палубой. При помещении прожекторов УО 1 в общий корпус отвод тепла обеспечивается приточно-вытяжной вентиляцией вне зоны 9.

Наиболее радикальное решение для ОСП ЛА на палубу корабля предложено заменить прожекторы БУО лазером белого цвета. Для создания требуемых цветных информационных зон используются модуляторы цвета и яркости излучения, работа которых синхронизована с поворотным зеркалом. При этом на вход элементов системы стабилизации оси поворота зеркала наряду с сигналами, формирующими цветовые зоны, подаются сигналы стабилизации углов качки корабля. Зеркало установлено в начале посадочной полосы, а все тепловыделяющие элементы размещены вне зоны 9, например под палубой, во внутренних помещениях корабля. Защитное стекло, располагающееся после зеркала, может быть установлено на одном уровне с палубой или на плоскости кормы корабля. Устройство посадки с лазером не требует мощных систем стабилизации, так как стабилизируется одно зеркало и может легко перестраивать вид цветных зон.

Как показал проведенный заявителем информационный поиск, из уровня техники не известны устройство с перечисленной совокупностью существенных признаков, то есть заявляемое устройство обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него тем, что:

1) дополнительно выполняются действия по определению изменений параметров воздуха в зоне формирования ОУ, сравнение полученных значений со значениями этих параметров, при которых заданы паспортные значения параметров ОСП, формирование сигналов управления для влияния на параметры среды в зоне формирования УО, приводящие к устранению изменений среды в указанной зоне;

2) устройство дополнительно содержит датчики параметров среды и блок стабилизации измеренных параметров среды, либо тепловыделяющие элементы размещены вне зоны формирования УО, а влияние подстилающей поверхности (палубы) исключено размещением выхода ОСП в начале посадочной полосы.

Заявляемое устройство с учетом зависимых пунктов формулы изобретения может быть реализовано с применением современного оборудования и технологий и может найти широкое применение при посадке ЛА на палубу корабля, поэтому соответствует критерию промышленной применимости.

1. Способ стабилизации геометрических параметров указательных огней системы посадки летательных аппаратов на палубу корабля, включающий определение параметров среды, влияющих на направление распространения указательного огня и ширину его диаграммы направленности, исключение их влияния на указанные параметры путем стабилизации блока указательных огней по качкам корабля, отличающийся тем, что измеряют дополнительно параметры воздуха в зоне формирования указательных огней и диапазон их изменений, при которых геометрические параметры указательных огней соответствуют заданным значениям, а в ходе эксплуатации системы посадки определяют изменения параметров воздуха в палубной зоне формирования указательных огней, сравнивают их с допустимым диапазоном их изменения, а при выходе изменений за допустимый диапазон формируют сигналы управления и воздействуют на воздушную среду в палубной зоне формирования указательных огней так, что сводят указанные отличия к допустимой величине или минимуму.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействуют на указательные огни и компенсируют изменения их геометрических параметров.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для поддержания постоянными значений параметров воздуха в зоне формирования указательных огней указательные огни объединяют в блок, его герметизируют, а тепловые потоки выводят из блока за пределы зоны формирования указательных огней.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что блок указательных огней выполняют открытым со стороны посадки летательного аппарата, а часть теплового потока выводят из блока через его открытую стенку так, чтобы скорость выходящего воздуха и его температура были равны температуре и скорости воздуха в зоне формирования указательных огней.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что блок указательных огней размещают в начале посадочной зоны, а тепловыделяющие элементы блока указательных огней устанавливают вне зоны формирования указательных огней.

6. Оптическая система посадки самолетов на палубу корабля, включающая базовые огни, огни запрета посадки, блок указательных огней в виде набора цветных прожекторов, соединенных на одной платформе с элементами стабилизации качек корабля, измеритель качек корабля, блок управления, питания, стабилизации и контроля, при этом элементы стабилизации платформы и измеритель качек корабля связаны с блоком управления, питания, стабилизации и контроля, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит измерители параметров воздуха, например, температуры и скорости воздушного потока в зоне формирования указательных огней, и блок стабилизации параметров воздуха, при этом выходы измерителей температуры и скорости воздушного потока в зоне формирования огней подключены к первому и второму входам блока стабилизации параметров воздуха, выход которого соединен с зоной формирования огней прямо или/и через блок указательных огней, а третий его вход соединен с блоком управления, питания, стабилизации и контроля.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что блок указательных огней выполнен герметичным и снабжен блоком приточно-вытяжной вентиляции, который связан с блоком стабилизации параметров воздуха, а выход и вход блока приточно-вытяжной вентиляции расположены вне зоны указательных огней.

8. Система по п.6, отличающаяся тем, что блок указательных огней имеет открывающуюся стенку со стороны посадочных огней и снабжен блоком приточно-вытяжной вентиляции, который соединен с выходом блока стабилизации температуры и скорости воздушного потока в зоне формирования огней.

9. Система по п.6 или 7, отличающаяся тем, что в устройство дополнительно введено зеркало или система зеркал с элементами стабилизации в пространстве, а блок указательных огней жестко связан с палубой и закреплен под углом к зеркалу или системе зеркал, при этом выход блока указательных огней оптически соединен с зеркалом или системой зеркал, а элементы стабилизации в пространстве зеркала или системы зеркал связаны с блоком управления, питания, стабилизации и контроля.

10. Система по п.9, отличающаяся тем, что блок указательных огней расположен над зеркалом или системой зеркал.

11. Система по п.6, отличающаяся тем, что блок указательных огней состоит из лазера с излучением белого цвета, модулятора цвета и мощности лазерного луча, зеркала с элементами управления его угловым положением в пространстве, при этом вход модулятора цвета и мощности лазерного луча подключен к первому выходу блока управления, питания стабилизации и контроля, а его второй выход соединен с элементами управления угловым положением зеркала в пространстве, при этом выход лазерного излучения производится через установленные последовательно модулятор цвета и мощности лазерного луча, зеркало и защитное стекло, а все тепловыделяющие элементы расположены вне зоны формирования указательных огней, например, во внутренних помещениях корабля.

12. Система по п.11, отличающаяся тем, что защитное стекло установлено на плоскости кормы корабля.