Система и способ введения тактильных сигналов для помощи пилоту при посадке вертолета

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах управления летательными аппаратами. Технический результат - повышение надежности. Для достижения данного результата система управления вертолетом содержит общую ручку управления вертолетом и устройство тактильного предупреждения. Система содержит радиотехнический высотомер для определения фактической высоты полета, компьютер и клавишную панель управления для ввода заданной высоты полета над землей в память компьютера. Генератор сигнала формирует сигнал, указывающий фактическую высоту полета. При этом, когда фактическая высота полета будет равна заданной высоте полета, или будет меньше нее, система приводит в действие устройство тактильного предупреждения. 5 н. и 12. з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Настоящее изобретение относится к системе тактильного оповещения, предназначенной для предупреждения пилота вертолета о высоте полета, когда воздушное судно приближается к земле при выполнении маневрирования при посадке, и к способу обеспечения помощи пилоту вертолета для выполнения мягкой посадки.

Устройства для создания вибрации ручки или «рычага» управления, посредством которого управляют воздушным судном с неподвижными крыльями, хорошо известны и обеспечивают безошибочное оповещение об угрозе сваливания. Такие устройства обычно монтируют на ручке или «рычаге» управления воздушным судном, и они создают вибрацию с низкой частотой и высокой амплитудой для подачи сигнала пилоту об угрозе сваливания. Эти сигналы обеспечивают безошибочное оповещение пилота, которое невозможно спутать с другими предупреждениями и сигналами, обычно создаваемыми в кабине экипажа. Вибраторы ручек управления, имеющие различные конструкции, изготавливает и продает компания Safe Flight Instrument Corporation, White Plains, Нью-Йорк, правопреемник настоящего изобретения.

Также известно использование вибратора ручки управления в воздушном судне с вращающимися крыльями (см., например, патент США №4115755). В патенте указано, что сигнал тревоги, например вибрацию рычага управления вертолета, используют в качестве указания о том, что фактическое ускорение превышает допустимое ускорение. Указано также, что режим работы конструкции вертолета, который определяется весом, скоростью набегающего воздушного потока, числом оборотов ротора в минуту, плотностью воздуха и положением общей ручки управления, использован в качестве указания допустимой нагрузки ротора вертолета. Кроме того, суммарное измерение веса воздушного судна, плотности воздуха, скорости набегающего воздушного потока, общего шага и скорости вращения ротора воздушного судна используют в качестве данных при поиске по таблице для определения максимально возможного ускорения воздушного судна при данных условиях полета, которое затем сравнивают с фактическим ускорением воздушного судна для определения того, когда воздушное судно совершает маневрирование, близкое к нагрузке, которая превышает режим работы конструкции.

Устройство, предупреждающее о предельно допустимом крутящем моменте вертолета, раскрыто в патенте США №6002349, где указано, что система оповещения пилота действует на ножные педали, которые функционально связаны с управляемым силовым механизмом, при этом перемещение педали управляет величиной силы, оказываемой управляемым силовым механизмом на хвостовую балку для управления ориентацией фюзеляжа вертолета вокруг оси рысканья. Устройство для определения положения определяет место нахождения, по меньшей мере, одной из ножных педалей между ее первым и вторым положениями, при этом индикатор сигнала предупреждения, функционально связанный с устройством определения положения, обеспечивает предупреждение пилота, когда ножная педаль, положение которой определено, достигает заданного расстояния от первого или второго положений. Индикатор сигнала предупреждения обеспечивает тактильное предупреждение пилоту, такое как вибрация или тряска соответствующей ножной педали, чтобы пилот получил безошибочное предупреждение о том, что ножная педаль достигла заданного положения вблизи от положения максимального перемещения. Посредством такой системы предупреждения пилоту будет подан тактильный входной сигнал, указывающий о том, что система путевого управления вертолета приближается к своему максимальному крутящему моменту противовращения и что пилот должен предпринять соответствующие действия.

Вертолетная система тактильного предупреждения о повышенных или чрезмерных напряжениях, позволяющая избежать «горячего запуска» и других небезопасных рабочих состояний, раскрыта в заявке на патент №10/821974, поданной 12 апреля 2004. Раскрытая в ней система включает в себя устройство для тактильного предупреждения, которое прикреплено к ручке управления. Кроме того, система содержит компьютер или микропроцессор и клавишную панель для ввода безопасного температурного профиля, а также термопару для измерения выходной температуры турбины. Компьютер сравнивает реальную температуру с безопасным температурным профилем и формирует сигнал для приведения в действие устройства тактильного предупреждения, когда реальная температура выходит за пределы безопасного температурного профиля, чтобы оповестить пилота о прекращении запуска. Устройство тактильного предупреждения также приводят в действие в течение полета, когда возникает состояние избыточного напряжения, чтобы предупредить пилота о необходимости выполнения корректирующих действий. Кроме того, тактильное предупреждение может быть инициировано с первой частотой как раннее оповещение, и со второй частотой, указывающей на надвигающуюся опасность.

Хотя упомянутые выше системы и обеспечивают предупреждение в определенных условиях, они не решают конкретную проблему, связанную с посадкой вертолета. Например, в различных условиях для пилота может оказаться затруднительным определение расстояния от земли в течение конечных стадий посадки. Точнее, может вызвать затруднение определение расстояния до поверхности воды, определение расстояния до земли в течение ночных операций, а также при посадке в пустыне или в других условиях запыленности. Кроме того, затруднения при определении расстояния могут быть особенно велики в течение последних 6-20 футов (1,8-6 метров) высоты полета.

Технической задачей настоящего изобретения является создание тактильной системы предупреждения, предназначенной для предупреждения пилота вертолета о том, что воздушное судно находится на заданной высоте полета, и для оказания помощи при выполнении пилотом мягкой посадки, которая обладала бы высокой надежностью, а также имела бы невысокую стоимость изготовления и монтажа. Кроме того, системы согласно настоящему изобретению имеют минимальный вес и размер, просты в отношении их монтажа и обслуживания, долговечны и в то же время обеспечивают четкое предупреждение пилота о том, что воздушное судно находится относительно близко от земли. Система согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения также включает в себя устройство тактильного предупреждения, которое увеличивает интенсивность при приближении воздушного судна к земле, чтобы обеспечить возможность выполнения пилотом мягкой посадки, так как положено при неблагоприятных условиях.

Согласно настоящему изобретению разработана система тактильного предупреждения, предназначенная для предупреждения пилота вертолета о высоте полета, когда вертолет приближается к земле при выполнения маневров, связанных с посадкой. Система включает в себя общую ручку управления и механизм регулирования шага для управления вертолетом, а также устройство для тактильного предупреждения, например вибрационный механизм, функционально связанный с общей ручкой управления. Также предложено средство для хранения данных и средство для ввода задаваемой высоты полета или расстояния от земли в средство для хранения данных. Система также содержит высотомер, например радиотехнический высотомер или высотомер радарного типа для определения расстояния между вертолетом и землей, и генератор для формирования сигнала, когда вертолет приближается к земле и входит в пределы заданного расстояния от земли. Устройство для тактильного предупреждения активируют посредством сигнала от генератора для создания вибрации общей ручки управления для оповещения пилота о том, что вертолет находится в пределах заданного расстояния от земли.

В одном из вариантов осуществления изобретения система содержит средство для увеличения частоты вибрации, когда воздушное судно приближается к земле.

Также предложен способ, обеспечивающий помощь при выполнении мягкой посадки вертолета. Способ включает в себя стадии использования общей ручки управления и устройства для тактильного предупреждения, функционально связанного с ручкой или рычагом управления. Также осуществляют выбор пороговой высоты полета, то есть заданного расстояния от земли, и определяют фактическую высоту полета вертолета, когда он снижается к земле. В этом варианте осуществления изобретения тактильное предупреждение обеспечивают тогда, когда вертолет достигает пороговой высоты, чтобы предупредить пилота о том, что вертолет находится в пределах заданного расстояния от земли.

Согласно настоящему изобретению также предложена система тактильного предупреждения для предупреждения пилота вертолета об условиях, представляющих собой опасность. Система включает в себя общую ручку управления и средство регулирования шага для управления вертолетом, а также устройство тактильного предупреждения, функционально связанное с общей ручкой управления. Система содержит также средства для приведения в действие устройства тактильного предупреждения в течение пуска турбинного двигателя, когда выходная температура турбины превышает заданную температуру, и средства для приведения в действие устройства для тактильного предупреждения в течение выполнения полета, чтобы оповестить пилота об условиях, представляющих собой опасность. Кроме того, система содержит средства для приведения в действие устройства тактильного предупреждения при подходе к посадке, когда вертолет достигает заданной высоты полета.

Далее изобретение поясняется описанием предпочтительного варианта воплощения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает боковой вид вертолета, который содержит систему тактильного предупреждения согласно изобретению;

Фиг.2 - общую ручку управления вертолетом с прикрепленным к ней устройством тактильного предупреждения согласно изобретению;

Фиг.3 - поперечное сечение вибрационного механизма ручки управления согласно изобретению;

Фиг.4 - блок-схему последовательности операций способа согласно изобретению;

Фиг.5 - блок-схему последовательности операций способа, другой вариант осуществления изобретения.

Система для тактильного предупреждения, предназначенная для предупреждения пилота вертолета (фиг.1) о заданной высоте полета воздушного судна, составляющей, например, 10, 12, 15 и 20 футов (3, 3,6, 4,5 и 6 метров) над землей или над поверхностью воды в течение посадки, расположена внутри вертолета 20. Вертолет 20 содержит турбинный двигатель 22, общую ручку 24 управления и прикрепленное к ней устройство 26 тактильного предупреждения. Общий элемент 24 или общая ручка управления функционально связана с механизмом 28 регулирования шага, чтобы обычным способом управлять вертолетом.

Система тактильного предупреждения также содержит средство хранения данных, например компьютер 34, и средство 36 для ввода или внесения в компьютер заданной высоты полета. Система тактильного предупреждения содержит высотомер 30, например радиотехнический высотомер или высотомер радарного типа, служащий для определения фактической высоты полета вертолета, и генератор 32 сигнала, который может быть встроен в высотомер 30, для формирования сигнала в ответ на фактическую высоту полета вертолета 20. Компьютер 34 содержит средство хранения данных и обычным способом подсоединен к средству 36 ввода, например к клавиатуре. Средство ввода используют для ввода заданной высоты полета, составляющей над местностью, например, 10, 15 или 20 футов (3, 4,5 или 6 метров).

В предпочтительном варианте осуществления изобретения радиотехнический или радарный высотомер, который используют пилоты согласно правилам полетов по приборам, дает полную гарантию точного определения высоты полета над землей. Высотомер, который имеет обычную конструкцию, включает в себя антенну, которая может быть установлена под фюзеляжем вертолета, а также приемник/передатчик. Основная часть таких устройств представляет собой радарную систему, работающую на одной частоте, которая передает непосредственно вниз импульсный тональный сигнал. Время, которое проходит до приема отраженного тонального сигнала, преобразуется непосредственно в высоту полета над местностью. При этом, чем лучше прием/передача, тем выше точность считывания.

Генератор 32 сигнала посылает сигнал, указывающий фактическую высоту полета воздушного судна, на компьютер 34, который, в свою очередь, приводит в действие устройство 26 тактического предупреждения, когда реальная высота полета меньше, чем заданная или пороговая высота. После этого устройство тактильного предупреждения обеспечивает вибрацию общей ручки управления 24 для предупреждения пилота о том, что вертолет достиг заданной высоты полета.

Устройство тактильного предупреждения или вибратор ручки управления имеет обычную конструкцию, но может иметь форму, которая показана на фиг.2. Вибратор 36 прикреплен к листовой пружине 29, которая, в свою очередь, одним концом прикреплена к зажиму 31. Зажим 31 крепит вибратор 36 к общей ручке 33 управления.

Фиг.3 представлен альтернативный вариант выполнения механизма, который предназначен для использования в системе тактильного предупреждения, согласно настоящему изобретению. Общая ручка управления 42 вертолетом, используемая для управления общим шагом вертолета, включает в себя возвратно-поступательный вибрационный механизм 44, установленный, например, на верхней части ручки 42. Вибрационный механизм может быть прикреплен к верхней части ручки 42 с помощью болтов, может удерживаться на ней с помощью резьбовых средств крепления (не показаны) или его крепят к ней каким-либо обычным способом.

Возвратно-поступательный механизм 44 содержит переключающий соленоид, который содержит катушку 46, магнитную цепь 48 и плунжер 50. На каждом конце плунжера 50 расположены ударники 52 и 54, которые предназначены для ударного воздействия на концевые пластины 43 и 47. Плунжер 50 перемещается назад и вперед в катушке 46 соленоида. Плунжер 50, если он находится в исходном положении, будет смещен в противоположном направлении посредством спиральной пружины 45, так что ударник 52 ударяет по концевому стопору 47, когда соленоид обесточен.

На фиг.4 представлена блок-схема, которая иллюстрирует последовательность стадий и способа тактильного предупреждения согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На стадии 60 используют общую ручку управления и устройство тактильного предупреждения, а на стадии 61 средство хранения данных или компьютер, и вводное средство, например, панель с клавиатурой. На стадиях 62 и 63 задают высоту полета над местностью, составляющую, например, 6, 10, 12, 15 или 20 футов (1,8; 3; 3,6; 4,5 или 6 метров) и вводят ее в средство хранения данных. Система также включает в себя радиотехнический или радарный высотомер, который обеспечивают на стадии 64.

При выполнении маневров, связанных с посадкой или с приближением к месту посадки, на стадии 65 определяют фактическую высоту полета и контролируют ее на стадии 66, а на стадии 67 выполняют сравнение порогового значения высоты полета и реальной высоты полета, например, посредством компьютера. Затем, как указано позицией 68, когда пороговое значение высоты полета равно реальной высоте полета или больше нее, на стадии 69 приводят в действие устройство тактильного предупреждения, чтобы обеспечить безошибочное предупреждение о том, что воздушное судно находится в пределах заданного расстояния от земли. Однако если пороговое значение высоты полета меньше, чем реальная высота полета, система возвращается к стадии 65 и на стадии 66 контролирует фактическую высоту полета.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения фактическую высоту непрерывно контролируют после достижения порогового уровня, и если фактическая высота полета становится ниже порогового уровня, как указано позицией 70, на стадии 71 увеличивают амплитуду предупреждения.

На фиг.5 представлен дополнительный вариант осуществления изобретения, который сочетает в себе систему и способ, позволяющий избежать «горячего запуска» и других небезопасных рабочих состояний, что раскрыто и заявлено в принадлежащей заявителю вышеупомянутой, совместно поданной на рассмотрение заявке на патент №10/821974. Таким образом, устройство тактильного предупреждения, средство для хранения данных и вводное устройство выполняют двойную функцию - предупреждают пилота о перегреве в течение запуска и впоследствии содействуют выполнению пилотом мягкой посадки.

Указанный на фиг.5 запуск 75 силовой турбины вертолета осуществляют по методике, утвержденной Федеральным авиационным агентством США. Однако перед началом запуска к общей ручке управления на стадии 76 крепят устройство тактильного предупреждения, а на стадиях 77 и 78 используют средство для хранения данных или компьютер и вводное средство. В этом варианте осуществления изобретения безопасную температуру или безопасный температурный профиль вводят в средство хранения данных и на стадии 79 приводят в действие стартер двигателя. На стадии 80 регулируют подачу топлива к двигателю. На стадии 81 обеспечивают воспламенение топлива, а на стадии 82 определяют выходную температуру турбины. Компьютер на стадии 83 сравнивает фактическую температуру с хранящимся значением температуры, то есть с безопасной температурой запуска или с безопасным температурным профилем. Если фактическая температура превышает безопасную температуру запуска или выходит за пределы безопасного температурного профиля, на стадии 84 приводят в действие устройство тактильного предупреждения и на стадии 85 двигатель выключают. Далее, после заданного отрезка времени или механического осмотра, система возвращается к стадии 79. Однако если на стадии 83 фактическая температура не превышает безопасную температуру, или она не выходит за пределы безопасного температурного профиля, двигатель запускают и на стадии 86 обычным способом контролируют мощность двигателя.

Еще в одном варианте осуществления изобретения на стадии 87 фактические условия непрерывно контролируют и сравнивают с критичными условиями в течение полета воздушного судна. Когда фактические условия выходят за пределы критичных условий в течение полета, на стадии 88 приводят в действие устройство тактильного предупреждения, и на стадии 89 пилот выполняет корректирующее действие.

Кроме того, когда пилот вертолета приближается к месту посадки, система (фиг.4) начинает действовать со стадии 62, чтобы обеспечить тактильное предупреждение в течение запуска, в течение выполнения полета и для помощи при выполнении пилотом мягкой посадки.

Хотя изобретение описано применительно к предпочтительным вариантам его осуществления, следует иметь ввиду, что без отклонения от объема прилагаемых пунктов формулы изобретения в нем могут быть выполнены изменения.

1. Система тактильного предупреждения пилота вертолета о высоте полета при приближении к земле, содержащая:
общую ручку управления и механизм регулирования шага для управления вертолетом,
высотомер для определения расстояния между вертолетом и землей,
средство хранения данных и средство для ввода заданной высоты полета в средство хранения данных,
средство формирования сигнала, когда вертолет приближается к земле и входит в пределы заданного расстояния от земли,
устройство тактильного предупреждения, функционально связанное с общей ручкой управления и реагирующее на сигнал от средства формирования сигнала, для обеспечения вибрации общей ручки управления в качестве сигнала предупреждения пилота о том, что вертолет находится в пределах заданного расстояния от земли.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что высотомер представляет собой радиотехнический высотомер.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство тактильного предупреждения предназначено для создания вибрации общей ручки управления, при этом частота вибрации увеличивается при приближении вертолета к земле.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство тактильного предупреждения обеспечивает увеличение амплитуды вибрации общей ручки управления, когда вертолет перемещается ближе к земле.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит эксцентрично установленный груз и электропривод для вращения эксцентрично установленного груза вокруг оси, при этом инерционное вращение неуравновешенного груза обеспечивает вибрацию общей ручки управления.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит средство увеличения скорости вращения эксцентрично установленного груза, когда вертолет подходит ближе к земле.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит груз, перемещающийся возвратно-поступательно, функционально связанный с общей ручкой управления, и средство, содержащее электродвигатель и электрическое средство для возвратно-поступательного движения груза, обеспечивающее вибрацию общей ручки управления.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит средство для приведения в действие устройства тактильного предупреждения в ответ на опасное состояние в течение запуска и/или полета.

9. Способ оказания помощи пилоту вертолета при выполнении мягкой посадки, заключающийся в том, что
используют общую ручку управления и устройство тактильного предупреждения, функционально связанное с ручкой,
выбирают пороговое значение высоты для предупреждения пилота о заданном расстоянии до земли в течение выполнения посадки,
определяют высоту полета вертолета, когда он снижается для выполнения посадки, и приводят в действие устройство тактильного предупреждения, когда вертолет достигает порогового значения высоты, для предупреждения пилота о расстоянии до земли.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что увеличивают амплитуду тактильного предупреждения, когда вертолет сокращает расстояние между пороговым значением высоты и землей.

11. Способ помощи пилоту при выполнении вертолетом мягкой посадки, заключающийся в том, что
используют механизм регулирования общего шага и подвижной общей ручки управления, функционально связанный с механизмом регулирования общего шага, посредством чего сигнал перемещения общей ручки управления обеспечивает регулирование шага лопастей двигателя, используют устройство для хранения и устройство ввода,
осуществляют выбор пороговой высоты для предупреждения пилота о заданном расстоянии от земли и вводят пороговую высоту в устройство для хранения,
используют высотомер и осуществляют мониторинг фактической высоты полета вертолета, когда вертолет приближается к земле для посадки,
используют компьютер для сравнения измеренной высоты полета с пороговой высотой;
активируют устройство тактильного предупреждения, когда фактическая высота равна пороговой высоте либо меньше нее, чтобы предупреждать пилота о расстоянии до земли.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что увеличивают амплитуду тактильного предупреждения, когда вертолет приближается к земле.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что используют устройство тактильного предупреждения, которое представляет собой вибратор с ударником.

14. Способ защиты вертолета с турбинным двигателем в течение запуска и/или помощи пилоту при выполнении мягкой посадки, заключающийся в том, что используют ручку управления для пилота и устройство тактильного предупреждения, функционально связанное с ручкой управления,
используют безопасный температурный профиль для запуска турбинного двигателя вертолета,
осуществляют мониторинг фактической выходной температуры турбины двигателя в течение запуска,
приводят в действие устройство тактильного предупреждения, когда фактическая выходная температура турбины превышает безопасный температурный профиль, и прекращают запуск в ответ на тактильное предупреждение,
выбирают пороговую высоту для предупреждения пилота о заданном расстоянии до земли при маневрировании, связанном с посадкой, определяют высоту полета вертолета, когда он снижается для посадки, приводят в действие устройства тактильного предупреждения, когда вертолет достигает пороговой высоты, для предупреждения пилота о расстоянии до земли.

15. Система тактильного предупреждения пилота вертолета об опасных условиях, содержащая
общую ручку управления и механизм регулирования шага для управления вертолетом,
устройство тактильного предупреждения, функционально связанное с общей ручкой управления,
средство для приведения в действие устройства тактильного предупреждения в течение запуска, когда температура двигателя превышает заданную температуру,
средство приведения в действие устройства тактильного предупреждения при выполнении полета для предупреждения пилота об опасных условиях,
средство приведения в действие устройства тактильного предупреждения при приближении к месту посадки.

16. Система по п.15, отличающаяся тем, что обеспечивает стадию возрастания амплитуды тактильного предупреждения, когда опасность становится более угрожающей или уменьшается высота полета между пороговым расстоянием и землей.

17. Способ по п.11, отличающийся тем, что осуществляют выбор второй заданной высоты полета и вибрацию общей ручки управления с иной частотой, чем первая частота, когда вертолет снижается до второй заданной высоты полета.