система индикации высоты летательного аппарата (ла) над порогом взлетно - посадочной полосы (впп)

Формула изобретения

1. Система индикации высоты летательного аппарата (ЛА) над порогом взлетно-посадочной полосы (ВПП) включает установленные в конце ВПП на оси два лазерных излучателя видимого диапазона спектра с коллимированными лучами, направленными в сторону движущегося объекта под углом наклона к плоскости ВПП, меньшим угла траектории снижения ЛА при посадке, при этом лучи разведены под небольшими (до 5°) равными углами симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось ВПП.

2. Система индикации по п.1, отличающаяся тем, что лазерные излучатели выполнены с возможностью управления направлением лазерных лучей в пространстве.

3. Система индикации по п.1, отличающаяся тем, что лазерные излучатели выполнены с возможностью амплитудной модуляции мощности излучения.

4. Система индикации по п.1, отличающаяся тем, что лазерные излучатели выполнены с возможностью изменения спектрального состава (цвета) излучения.

5. Система индикации по п.2, отличающаяся тем, что лазерные излучатели выполнены с возможностью амплитудной модуляции мощности излучения.

6. Система индикации по п.2, отличающаяся тем, что лазерные излучатели выполнены с возможностью изменения спектрального состава (цвета) излучения.

7. Система индикации по п.3, отличающаяся тем, что лазерные излучатели выполнены с возможностью изменения спектрального состава (цвета) излучения.

8. Система индикации по п.5, отличающаяся тем, что лазерные излучатели выполнены с возможностью изменения спектрального состава (цвета) излучения.

9. Система индикации по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона лучей к плоскости ВПП определяется высотой расположения лучей над порогом ВПП, соответствующей заданной высоте пересечения порога ВПП для конкретного типа ЛА.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к светотехнике, в частности к светосигнальным системам посадки, предназначенным для визуальной индикации высоты пересечения порога ВПП в процессе совершения посадки летательного аппарата в ночное время, в сумерках и сложных метеоусловиях.

Известны требования Международного стандарта ИКАО к запасу высоты колес шасси над порогом ВПП [1] (Приложение 14 к Конвенции о международной гражданской авиации. Аэродромы. - Том I. - Проектирование и эксплуатация аэродромов. Издание четвертое. - М.: Авиаиздат, 2004. - 272 с. - Глава 5, Таблица 5-2, Стр.5-36), в которых, в зависимости от вертикального расстояния между уровнем глаз пилота и колесами шасси для конкретных типов ЛА, приведены значения желательного и минимального запасов высоты колес шасси над порогом ВПП при его пресечении.

Известна система визуальной посадки типа T-VASIS [2] (Басов Ю.Г. Светосигнальные устройства. - М.: Транспорт, 1993. - Стр.142), которая состоит из 20 глиссадных огней, симметрично расположенных относительно оси ВПП. Система обеспечивает (создает) при посадке дискретную ИНФОРМАЦИЮ (индикацию) о нахождении ЛА в одной из световых зон. При пресечении порога ВПП пилот ЛА может определить, в какой из четырех зон с высотой (13 17) м, (17 22) м, (22 28) м или (28 54) м над порогом ВПП находится ЛА ([1] Стр.5-29).

Недостатками данной системы являются: дискретность и невысокая точность индикации высоты пересечения порога ВПП, а также невысокая эргономичность системы из-за расположения огней сбоку от ВПП за пределами области резкого изображения (6-8°) зрительного анализатора человека [3] (Сомов Е.Е. Офтальмоэргономика операторской деятельности летного состава. - СПб.: Политехника, 1992. - Стр.51), а также конструктивная сложность системы.

Известна система визуальной посадки типа PAPI [2] (Басов Ю.Г. Светосигнальные устройства. - М.: Транспорт, 1993. - Стр.144), которая состоит из 4-х огней, расположенных с левой стороны от боковой границы ВПП перпендикулярно ее продольной оси, в виде огней фланговых горизонтов. Система PAPI формирует 3 световые зоны, отличающиеся цветом и количеством огней каждого цвета, по которым пилот определяет нахождение ЛА в определенной зоне с угловыми размерами 2°30' 2°50', 2°50' 3°10' и 3°10' 3°30'. При пересечении порога ВПП пилот ЛА получает визуальную индикацию о нахождении ЛА в одной из 3-х зон с высотой (13 15) м, (15 17) м или (17 19) м над порогом ВПП.

Недостатками известной системы визуальной посадки типа PAPI [2] являются дискретность информации о высоте ЛА над порогом ВПП и ограниченный диапазон индикации высоты пересечения порога ВПП, что не в полной мере согласуется с рекомендациями ИКАО для высоты пересечения порога ВПП различными типами ЛА. Кроме того, недостатком системы типа PAPI [2] является невысокая эргономичность обозначения высоты над порогом ВПП из-за расположения ее сбоку от ВПП за пределами области резкого изображения (6-8°) зрительного анализатора человека [3] (Сомов Е.Е. Офтальмоэргономика операторской деятельности летного состава. - СПб.: Политехника, 1992. - Стр.51), что отвлекает внимание пилота от визуальной ориентации вдоль оси ВПП, на которой расположена разметка и (или) световые индикаторы зоны приземления.

Целью изобретения является обеспечение визуальной информации о высоте летательного аппарата над порогом взлетно-посадочной полосы (ВПП) на завершающем этапе посадки, повышение точности и расширение диапазона индикации высоты пересечения порога ВПП, а также устранение дискретности индикации и повышение эргономичности визуальной системы.

Поставленная цель достигается применением известного технического решения, а именно системы ориентации движущегося объекта относительно оси взлетно-посадочной полосы (ВПП) [4] (патент РФ № 2434791, кл. B64F 1/18, G08G 5/02, 2010), в которой два лазерных излучателя установлены в начале ВПП в "одной точке" на оси ВПП с одинаковым углом наклона лазерных лучей к плоскости ВПП, при этом лучи лазерных излучателей симметрично разведены относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось ВПП под небольшими (до 5 градусов) равными углами.

Сущность изобретения на применение по новому назначению известного технического решения, а именно "Системы ориентации движущегося объекта относительно оси взлетно-посадочной полосы (ВПП)" (патент РФ № 2434791, кл. B64F 1/18, G08G 5/02, 2010), для целей индикации высоты летательного аппарата (ЛА) над порогом взлетно-посадочной полосы (ВПП) в процессе посадки поясняет фиг.1, фиг.2 и фиг.3 (а, б, в).

На фиг.1-2 приведена схема расположения лазерных излучателей относительно плоскости ВПП и направление лазерных лучей в пространстве. На фиг.3 (а, б, в) показаны проекции лазерных лучей на фронтальную плоскость, зрительно воспринимаемые пилотом при различных высотах ЛА в момент пересечения порога ВПП.

На фиг.1, фиг.2 и фиг.3 (а, б, в) приняты следующие обозначения: 1 - первый лазерный излучатель; 2 - второй лазерный излучатель; h - высота установки лазерных излучателей; 3 - луч первого излучателя; 4 - луч второго излучателя; 5 - плоскость ВПП; - угол наклона плоскости расположения лазерных лучей к плоскости ВПП; 6 - летательный аппарат; 7 - порог ВПП; H _и ⁱ - заданная высота пересечения порога ВПП для ЛА i-типа; 8 - геометрическая продольная ось ВПП; 9 - продольные границы ВПП; ₁, ₂ - углы лазерных лучей относительно осевой вертикальной плоскости; L - длина ВПП.

Кроме того, на фиг.3 (а, б, в) дополнительно имеются следующие обозначения: 10 - проекция на плоскость визирования первого (левого) лазерного луча, зрительно воспринимаемая пилотом ЛА; 11 - проекция на плоскость визирования второго (правого) лазерного луча, зрительно воспринимаемая пилотом ЛА; 12 - вертикаль, проходящая через точку установки лазерных излучателей; 13 - горизонталь, проходящая через точку установки лазерных излучателей; ₁ - угол между проекцией левого лазерного луча на фронтальную плоскость и горизонталью 13; ₂ - угол между проекцией правого лазерного луча на фронтальную плоскость и горизонталью 13;

Как видно из фиг.1-2, лазерные излучатели 1 и 2 установлены вблизи конца ВПП за ее пределами на высоте h (h не более 0.5 м). Лучи лазерных излучателей 1 и 2 направлены под углом к плоскости ВПП 5 и разведены симметрично относительно осевой вертикальной плоскости на равные углы ₁ и ₂ ( ₁= ₂).

Угол наклона лазерных лучей к плоскости ВПП в соответствии с известным техническим решением (патент РФ № 2434791, кл. B64F 1/18, G08G 5/02, 2010) должен быть меньше угла траектории снижения ЛА, то есть меньше 2,5 3 градусов.

Для индикации высоты пересечения порога ВПП по предлагаемому техническому решению необходимо, чтобы лучи 3 и 4 пересекали порог ВПП либо на стандартной высоте (15 м), либо перед посадкой ЛА устанавливались на высоте, соответствующей нормам ИКАО или иным стандартами и технической характеристике ЛА, выполняющего посадку. Нетрудно посчитать, что данное условие не ограничивает применение предлагаемого технического решения (патент РФ № 2434791, кл. B64F 1/18, G08G 5/02, 2010), даже при минимальной длине ВПП, равной 800 м, и высоте пересечения порога ВПП - 15 м, угол для индикации высоты летательного аппарата (ЛА) над порогом ВПП будет около одного градуса.

Для точной посадки конкретных типов ЛА угол наклона плоскости расположения лазерных лучей к плоскости ВПП выбирается из расчета заданной высоты пересечения порога ВПП для конкретного типа ЛА (Н_и ⁱ) с учетом длины (L) ВПП из очевидного соотношения:

=arctg Н_и ⁱ/L.

Такое расположение лучей позволяет пилоту ЛА ночью, в сумерках и сложных метеоусловиях при совершении посадки в момент пересечения порога ВПП видеть проекции лазерных лучей на фронтальную плоскость в виде линейных ориентиров 10 и 11 (фиг.3 а, б, в).

На фиг.3 (а, б, в) схематично показаны три варианта проекций лазерных лучей на плоскость визирования, зрительно воспринимаемых пилотом ЛА в момент пересечения порога ВПП:

а - ЛА пересекает порог ВПП выше заданной высоты;

б - ЛА пересекает порог ВПП на заданной высоте;

в - ЛА пересекает порог ВПП ниже заданной высоты.

По виду линейных ориентиров 10 и 11 (фиг.3 а, б, в), образованных лучами 3 и 4, пилот определяет положение ЛА в момент пересечения порога ВПП, то есть пересечение порога прошло на заданной высоте (фиг.3б), выше (фиг.3а) расчетной высоты или ниже (фиг.3б) расчетной высоты пересечения порога ВПП. По величине углов ₁ и ₂ пилот оценивает высоту, на которую отклонился ЛА. Возможность управления направлением лазерных лучей в пространстве позволяет устанавливать лазерные излучатели для любой ВПП на высоте, соответствующей техническим характеристикам ЛА, выполняющего посадку и рекомендациям стандартов. Управление оптическими и пространственными параметрами лучей выполняется по заранее заданному алгоритму с помощью функционально связанного контроллера и блока управления.

Возможность управления оптическими и пространственными параметрами лучей по заранее заданному алгоритму с помощью функционально связанного контроллера и блока управления позволяет адаптировать видимость правого и левого лучей при изменении фона, метеоусловий, времени года, внешних засветок и т.п, а также передавать информацию об изменении алгоритма посадки в случае возникновения нештатной ситуации.

Возможность управления направлением лазерных лучей в пространстве позволяет для конкретных категорий ВПП и типов ЛА оптимизировать величину углов разведения ( ₁ и ₂) лазерных лучей относительно осевой вертикальной плоскости с целью улучшения видимости лучей при изменении метеовидимости.

Возможность амплитудной модуляции мощности излучения позволяет улучшать видимость лучей при изменении погодных условий или освещенности путем увеличения мощности излучателей и (или) путем импульсной модуляции, параметры которой могут нести дополнительную информацию с указанием о необходимости изменения режима посадки.

Возможность изменения спектрального состава (цвета) излучения, например, в область более коротких длин волн позволяет улучшить видимость лучей в условиях особо высокой метеовидимости при малом количестве рассеивающих частиц в атмосфере, а изменения спектрального состава в область более длинных длин волн - в условиях плохой метеовидимости (высокой степени рассеивания оптического излучения).

Практическая проверка обоснованности применения известной "Системы ориентации движущегося объекта относительно оси взлетно-посадочной полосы (ВПП)" по новому назначению - в качестве визуальной системы индикации высоты ЛА над порогом взлетно-посадочной полосы (ВПП) дала положительные результаты. При испытании системы подтверждена информационность известного устройства в части индикации высоты ЛА над порогом взлетно-посадочной полосы (ВПП).

Литература

1. Приложение 14 к Конвенции о международной гражданской авиации. Аэродромы. - Том I. - Проектирование и эксплуатация аэродромов. Издание четвертое. - М.: Авиаиздат, 2004. - 272 с.

2. Басов Ю.Г. Светосигнальные устройства. - М.: Транспорт, 1993. - 309 с.

3. Сомов Е.Е. Офтальмоэргономика операторской деятельности летного состава. - СПб.: Политехника, 1992. - 151 с.

4. Патент РФ № 2434791, кл. B64F 1/18, G08G 5/02, 2010.