Устройство выбора площадки для посадки воздушного судна вертолётного типа
Владельцы патента RU 2737760:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Устройство выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа содержит приемо-передающее устройство, блок обработки информации, радиопрозрачный обтекатель, антенную систему из комплекса приемо-передающих антенн, установленных на борту воздушного судна определенным образом, направленную вертикально вниз неподвижную приемо-передающей антенну, аналогово-цифровой преобразователь, микропроцессорную систему, блок принятия решения. Обеспечивается повышение вероятности выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа, повышение безопасности посадки. 2 ил.
Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при разработке систем обеспечения безопасной посадки воздушного судна вертолетного типа (ВСВТ) на неподготовленную заснеженную площадку в условиях недостаточной информативности закабинного пространства о подстилающей поверхности.
Известно устройство «Радиолокационная станция обеспечения безопасной посадки вертолета в условиях отсутствия или ограниченной видимости», опубл. 27.08.2015, МПК G01S 13/93, РЛС 3-мм диапазоне длин волн размещенная на фюзеляже вертолета для обеспечения возможности безопасной посадки вертолета в сложных метеоусловиях, а также при полном отсутствии или ограниченной видимости, при одновременном снижении массогабаритных характеристик РЛС.
Недостатком устройства-прототипа является низкая вероятность выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа, при наличии снежного покрова и уклона земной поверхности места посадки.
Техническим результатом изобретения является повышение вероятности выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа за счет того, что антенная система состоит из комплекса приемо-передающих антенн, установленных на борту в секторах α=2π/М, где М - количество приемо-передающих антенн, отклоняющихся от вертикали на угол β=arctgR/hвсвт, где R - радиус зоны посадки, hвсвт - высота зависания воздушного судна вертолетного типа, и направленной вертикально вниз неподвижной приемо-передающей антенны, подключенных через антенный переключатель к единому приемо-передающему устройству, аналогово-цифровому преобразователю, микропроцессорной системе и блоку принятия решения.
Известно [Особенности взлетов и посадок на пыльных, песчаных или заснеженных площадках: [Электронный ресурс]. URL: http://www.svvaul.ru/component/k2/600-osobennosti-vzletov-i-posadok-na-pylnykh-peschanykh-ili-zasnezhennykh-ploshchadkakh. (дата обращения: 07.12.2017)], при выполнении посадки по-вертолетному на заснеженную площадку толщина снежного покрова должна быть не более 50 см, чтобы избежать проваливания вертолета в сугроб. Уклон поверхности более 15° и неровности высотой более 0,5 м представляют опасность для посадки вертолета, особенно при сильном ветре. Для определения глубины снежного покрова при посадке человек должен двигаться по посадочной площадке. [Меры безопасности при применении вертолетов: [Электронный ресурс]. URL: https://studopedia.ru/10_104903_meri-bezopasnosti-pri-primenenii-vertoletov.html (дата обращения: 07.12.2017)].
Под обеспечением безопасной посадки воздушного судна вертолетного типа понимается исключение проваливания под снег, опрокидывание вертолета при посадке днем и ночью, в простых и сложных метеоусловиях (туман, дымка, дождь, снег, запыленность или задымленность атмосферы), а также в условиях поднятой с фунта пыли или снега его вращающимся винтом [Приказ Минтранса РФ от 31 июля 2009 г. №128 «Об утверждении Федеральных авиационных правил «Подготовка и выполнение полетов в гражданской авиации Российской Федерации»].
Указанный технический результат достигается тем, что устройство выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа, содержащее приемопередающее устройство, блок обработки информации, радиопрозрачный обтекатель, согласно изобретению, антенная система состоит из комплекса приемо-передающих антенн, установленных на борту в секторах α=2π/М, где М - количество приемо-передающих антенн, отклоняющихся от вертикали на угол β=arctgR/hвсвт, где R - радиус зоны посадки, hвсвт - высота зависания воздушного судна вертолетного типа, и направленной вертикально вниз неподвижной приемо-передающей антенны, подключенных через антенный переключатель к единому приемопередающему устройству, аналогово-цифровому преобразователю, микропроцессорной системе и блоку принятия решения.
Сущность заявляемого устройства состоит в том, что антенная система состоит из комплекса приемо-передающих антенн, установленных на борту в секторах α=2π/М, где М - количество приемо-передающих антенн, отклоняющихся от вертикали на угол β=arctgR/hвсвт, где R - радиус зоны посадки, hвсвт - высота зависания воздушного судна вертолетного типа, и направленной вертикально вниз неподвижной приемо-передающей антенны, подключенных через антенный переключатель к единому приемопередающему устройству, аналогово-цифровому преобразователю, микропроцессорной системе и блоку принятия решения.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где представлено положение ВСВТ и обозначено: 1 - граница раздела «тропосфера - снежный покров»; 2 - граница раздела «снежный покров - земная поверхность»; 3 - точка на земной поверхности с полярными координатами αm=αm-1+2π/М, где m=1…М, α0=0, М - количество приемо-передающих антенн, отклоняющихся от вертикали на угол β=arctgR/hвсвт, где R - радиус зоны посадки, куда направляется ось ДН m-ой приемо-передающей антенны комплекса приемо-передающих антенн, установленных в секторе α=2π/М, hвсвт - высота зависания ВСВТ, и по нормали; 4 - зона приема эхо-сигналов, ограниченная шириной ДН антенны θ=arctgR/hвсвт0, где hвсвт0 - высота зависания ВСВТ пред началом этапа посадки его m-ой приемо-передающей антенны; 5 - снежный покров; 6 - земная поверхность; hc - глубина снежного покрова, состоит в том, что в процессе вертикального снижения при наличии снежного покрова дополнительно осуществляют зондирование сигналом с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), позволяющий получить отраженный сигнал от границы раздела сред «тропосфера - снежный покров» в верхнем диапазоне частот, а от границы раздела сред «снежный покров - земная поверхность» в нижнем диапазоне частот, передающего устройства ƒпрд(t)=ƒн+νtлчм, ∀ 0<tлчм<Тлчм, где ƒн - частота излучаемого ЛЧМ-сигнала в начальный момент времени, ν=(ƒк-ƒн)/Тлчм=В/Тлчм - скорость изменения частоты ЛЧМ-сигнала (крутизна ЛЧМ-сигнала), tлчм - время в течение отдельного периода модуляции ЛЧМ-сигнала (быстрое время), Tлчм - период модуляции зондирующего сигнала, т.е. время развертки ЛЧМ-сигнала, В - полоса пропускания, и прием отраженных эхо-сигналов ƒпрм(tлчм)=ƒн+ν(tлчм-τз), ∀ τз<tлчм<Tлчм от границы раздела сред «тропосфера - снежный покров» и «снежный покров - земная поверхность» с временными задержками τз=2r/сср, где r - расстояние до границ раздела сред, сср - скорость распространения электромагнитной волны в среде с М угловых направлений комплексом приемо-передающих антенн, установленными на борту в секторах α=2π/М, отклоняющихся на угол от вертикали β=arctgR/hвсвт, и по нормали, определяют глубину снежного покрова каждом секторе приема hcm и сравнивают их с заданным значением глубины снежного покрова hсΔ, при значении меньше допустимого определяют наличие препятствий в каждом секторе приема измерением Δm и сравнивают с заданной высотой препятствия hΔ, при значении меньше допустимого определяют уклон земной поверхности в каждом секторе приема Ψm и сравнивают их с заданным углом наклона земной поверхности hΨ, при угле наклона меньше допустимого принимают решение на посадку ВСВТ, при глубине снежного покрова выше заданного в любом из секторов, либо наличии препятствий в любом из секторов, либо уклоне земной поверхности выше заданного в любом из секторов приема больше заданных, посадку запрещают с отображением рекомендацией летному составу на многофункциональном индикаторе и в головных телефонах.
Структурная схема устройства выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа приведена на фиг. 2, где обозначено: 7 - комплекс приемо-передающих антенн; 8 - антенный переключатель; 9 - приемо-передающее устройство; 10 - аналогово-цифровой преобразователь; 11 - микропроцессорная система; 12 - блок принятия решений.
Приемо-передающее устройство 9 осуществляет формирование линейно-частотного модулированного сигнала с частотой ƒпрд(t)=ƒн+νtлчм, подключенное к комплексу приемо-передающих антенн 7, установленных на борту в секторах α=2π/М, отклоняющихся на угол от вертикали β=arctgR/hвсвт, и по нормали, с шириной ДН антенн θ=arctgR/hвсвт0, где hвсвт0 - высота зависания ВСВТ пред началом этапа посадки его m-ой приемно-передающей антенны, R - радиус зоны посадки, через антенный переключатель 8 последовательно подключающий М приемо-передающих антенн 7, управляемый микропроцессорной системой 11. ЛЧМ сигнал излучается последовательно приемо-передающими антеннами в направлении М секторов и по нормали к земной поверхности места посадки с не пересекающимися ДН. Отраженный сигнал от подстилающей поверхности принимается приемопередающими антеннами в направлении М секторов и по нормали к земной поверхности места посадки с не пересекающимися ДН и через антенный переключатель 8 поступает в приемник приемо-передающего устройства 9 с частотой ƒпрм(tлчм)=ƒн+ν(tлчм-τз). Сигнал приемного устройства перемножается с сигналом передающего устройства в квадратурном смесителе, выходом которого является сигнал с разностной частотой (частотой биения) ƒб=ƒпрд-ƒпрм=ντз=2rB/ссрТлчм.
Сигнал с частотой биения поступает на n-разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10 с частотой дискретизации fд. Выход АЦП электрически соединен с входом микропроцессорной системы 11 функционирующей согласно алгоритму, поясняющего принцип действия, представленного ниже.
Цифровой сигнал с АЦП 10 подается на вход микропроцессорной системы 11, где вычисляется задержка первого максимума сигнала, соответствующая расстоянию до границы раздела сред «тропосфера - снежный покров» и второго максимума соответствующая расстоянию до границы раздела сред «снежный покров - земная поверхность» согласно r=ƒбссрТлчм/2B. Высота зависания ВСВТ hвсвт вычисляется относительно второго максимума соответствующая расстоянию до границы раздела сред «снежный покров - земная поверхность» в направлении М секторов и по нормали к земной поверхности места посадки.
Разность времени задержек между этими максимумами будет соответствовать глубине снежного покрова в каждом секторе приема hcm которые сравниваются с заданным значением глубины снежного покрова hcΔ в блоке принятия решений 12. При превышении заданного значения глубины снежного покрова hсΔ формируется сигнал запрета посадки по превышению глубины снежного покрова в соответствующем М секторе.
При значении меньше допустимого определяется наличие препятствий в каждом секторе приема измерением Δm, вычисляется Δm=|hвсвт-hвсвтm| в М секторах и сравнивается с заданной высотой препятствия hΔ в блоке принятия решений 12. При превышении заданного значения высоты препятствия hΔ формируется сигнал запрета посадки по превышению высоты препятствия в соответствующем М секторе.
При значении меньше допустимого определяется уклон земной поверхности места посадки Ψm, вычислением Ψm=arctgΔm/R в М секторах и сравнивается с заданным углом наклона земной поверхности hΨ в блоке принятия решений 12. При превышении заданного значения угла наклона hΨ места посадки формируется сигнал запрета посадки по превышению угла наклона места посадки.
При угле наклона hΨ места посадки меньше допустимого формируется сигнал разрешения на посадку ВСВТ, поступающий для отображения рекомендации летному составу на многофункциональный индикатор и в головные телефоны.
Выходом устройства выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа является блок принятия решений 12, выходом которого является сигнал о разрешении или запрещении посадки на данной площадке.
Предлагаемое техническое решение является новым и имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленное устройство выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа на заснеженную площадку в условиях недостаточной информативности закабинного пространства в зоне посадки вертолета обеспечивает измерение глубины снежного покрова, определение наклона земной поверхности за счет приема эхо-сигналов непосредственно из зоны посадки вертолета с выдачей рекомендации летному составу на многофункциональный индикатор и в головные телефоны о возможности посадки воздушного судна вертолетного типа на заснеженную площадку, либо отсутствие таковой.
Устройство выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа, содержащее приемо-передающее устройство, блок обработки информации, радиопрозрачный обтекатель, отличающееся тем, что антенная система состоит из комплекса приемо-передающих антенн, установленных на борту в секторах α=2π/М, где М - количество приемо-передающих антенн, отклоняющихся от вертикали на угол β=arctgR/hвсвт, где R - радиус зоны посадки, hвсвт - высота зависания воздушного судна вертолетного типа, и направленной вертикально вниз неподвижной приемо-передающей антенны, подключенных через антенный переключатель к единому приемо-передающему устройству, аналогово-цифровому преобразователю, микропроцессорной системе и блоку принятия решения.
