СПОСОБ ВИЗУАЛЬНОЙ ПОСАДКИ И УСТРОЙСТВО КИРИЛЛОВА ВИЗУАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЗЛЕТА ИЛИ ПОСАДКИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
METHOD OF VISUAL LANDING AND KIRILLOV'S DEVICE TO SUPPORT AIRCRAFT TAKEOFF OR LANDING

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к индикаторным устройствам летательных аппаратов (ЛА), предназначенным для обеспечения взлета или посадки.
Преимущественной областью применения изобретения являются крупнофюзеляжные самолеты, контроль взлета и посадки которых затруднен из-за ограниченной прямой видимости взлетно-посадочной полосы (ВПП) вследствие высокого размещения кабины экипажа в фюзеляже большого диаметра (до 8 метров), а также вследствие превышения носовой части фюзеляжа воздушного судна над уровнем колес основных задних стоек шасси (до 9 метров) при повышенных углах атаки на взлете и посадке (предполагается трехопорное (или многоопорное) шасси с одной передней опорой, как наиболее распространенное).
Известен способ визуальной посадки ЛА на необорудованные аэродромы (RU 2375263, кл. B64D 45/04, опубл. 10.12.2009), основанный на определении высоты ЛА по бортовому высотомеру и на использовании зрительного аппарата человека для определения наклонной дальности до начала ВПП с использованием характерных наземных объектов, находящихся вблизи аэродрома, и искусственных реперных объектов.
Однако известное техническое решение не является универсальным, не охватывает возможные условия посадки ЛА при плохих метеоусловиях (дождь, туман) с видимостью по высоте менее 50 метров, а по дальности порядка 250 метров, а также не позволяет точно измерить высоту, если перед входным торцем ВПП находится низина с уровнем поверхности ниже уровня ВПП, особенно с большим количеством построек (условия аварии 10.04.2010 польского самолета ТУ-154 с президентом и правительством на борту).
Наиболее близкой к устройству, предлагаемому в изобретении, является система контроля взлета или посадки самолета, содержащая связанные с проекционным индикатором видеокамеры для передачи изображения поверхности аэродрома перед самолетом при взлете или посадке, перископ с входным отражателем, установленные на общей или раздельных с видеокамерами выдвижных платформах, размещенных как в нише передней опоры шасси самолета, так и в носовой части фюзеляжа, причем устройство включения привода каждой выдвижной платформы связано со средствами выпуска и уборки передней опоры шасси, расположенный в кабине экипажа полупрозрачный экран для демонстрации проекционным индикатором изображения аэродрома (RU 2192368, кл. B64D 45/04, 47/08, опубл. 10.11.2002).
Однако указанная система снижает надежность и безопасность ЛА при несинхронном включении или заедании привода выдвижения-уборки платформ с видеокамерами при работе средств выпуска и уборки передней опоры шасси. Кроме того, так как при повышенных углах атаки на взлете или посадке длиннофюзеляжных самолетов передняя опора шасси располагается до 9 метров выше от уровня ВПП по сравнению с задними основными опорами шасси, происходит более позднее установление надежного визуального контакта летчика с посадочной поверхностью при заходе на посадку в плохих метеоусловиях с видимостью по высоте менее 50 метров, а также возникает невозможность контролировать прохождение задних основных опорных стоек шасси над препятствиями вблизи выходной кромки ВПП при затяжном взлете полностью загруженного ЛА в условиях высокой температуры воздуха и при последующей возможной просадке.
Известна также система визуального управления посадкой беспилотных летательных аппаратов (БЛА), кабина управления которыми и экипаж располагаются на другом летательном аппарате или на земле (ЗАРУБЕЖНОЕ ВОЕННОЕ ОБОЗРЕНИЕ, 2010, №5, с.55-60). Однако известное техническое решение имеет узкую область распространения, ограниченную ее надежностью, помехозащищенностью и скоростью прохождения сигналов каналов связи, а также объемами передаваемой по ним информации.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение информативности экипажа ЛА и повышение уровня безопасности полетов, в том числе при отсутствии прямого визуального контакта пилотов с аэродромом на режимах взлета и посадки.
Техническим результатом изобретения является расширение визуальной информации о положении ЛА относительно посадочной поверхности и повышение быстродействия ее получения при отсутствии прямого визуального контакта пилотов с аэродромом на режимах взлета и посадки. Дополнительным техническим результатом изобретения является получение надежной визуальной информации о раскрытии стоек шасси перед посадкой.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе визуальной посадки ЛА, включающем определение высоты полета летательного аппарата по бортовому высотомеру и использование зрительного аппарата человека, высоту пролета ЛА входной кромки ВПП и боковое отклонение ЛА от осевой линии ВПП определяют с использованием видеокамер, расположенных на основных задних опорах шасси, затем ЛА выравнивают над посадочной поверхностью с использованием видеокамер, расположенных на левой и правой задних опорах шасси, а момент и место посадки ЛА на ВПП определяют по началу вращения колес шасси и моменту появления дыма сгоревшей резины колес шасси.
Сигналы видеокамер, расположенных на левой и правой задних опорах шасси, совмещают, обрабатывают и передают на единый дисплей в виде объемного изображения посадочной поверхности, по которому определяют наклонную дальность до начала ВПП.
Указанный технический результат достигается также тем, что в известном устройстве визуального обеспечения взлета или посадки ЛА, состоящем из видеокамер, установленных в ЛА на выдвижных платформах, связанных с дисплеем, расположенным в помещении экипажа, по крайней мере одна видеокамера размещена на задней опоре шасси ЛА.
Все элементы устройства визуального обеспечения взлета или посадки ЛА могут располагаться непосредственно на одном летательном аппарате. Кроме того, две или более видеокамеры могут быть расположены на левой и правой задних опорах шасси ЛА и связаны с дисплеем в помещении экипажа.
В состав устройства может быть включен процессор, располагаемый в цепи передачи сигналов от видеокамер, размещенных на задних опорах шасси ЛА, к дисплею в помещении экипажа, причем указанный процессор содержит блоки совмещения изображений, получаемых с указанных видеокамер, узлы преобразования масштабов изображений, блок дополнения изображения на дисплее сигналами навигационной, полетной и командной информации.
При использовании предполагаемого устройства визуального обеспечения взлета-посадки ЛА возникает технический эффект расширения поля зрения видеокамер, расположенных в самой низкой точке взлетающего-садящегося воздушного судна (в поле зрения видеокамер попадает передняя опора шасси и ее колеса, двигатели и т.д.), благодаря этому получается надежная информация о раскрытии всех стоек шасси перед посадкой: если в поле зрения видеокамер, расположенных на задних опорах шасси, попадает носовая часть ЛА и раскрытая передняя стойка шасси, значит задние стойки шасси также раскрыты; одновременно благодаря самому низкому расположению видеокамер при приближении к посадочной поверхности возникает технический эффект слияния деталей изображения двигающейся поверхности при приближении к ней, мелкие детали изображения сливаются, а размер крупных деталей, таких как отображение продольных полос разметки, обозначающих осевую линию ВПП, уменьшается в несколько раз вплоть до момента, когда раздельное наблюдение полос прекращается и полосы сливаются; возникает технический эффект уменьшения дрожания кадра вследствие того, что задние опоры шасси ЛА, самые нагруженные в силовом отношении, обладают максимальными характеристиками жесткости и высоким уровнем демпфирования по сравнению с любыми другими выдвижными платформами ЛА; при использовании двух и более видеокамер после совмещения их изображений возникает технический эффект объемности изображения; наличие в поле зрения видеокамер, расположенных на задних опорах шасси, передней стойки шасси с известными габаритами на известном расстоянии обуславливает получение технического эффекта уточнения определения дальности при сравнении угловых размеров характерных объектов; при размещении видеокамер в самых низких точках садящегося в плохих метеоусловиях ЛА возникает технический эффект сокращения времени появления изображения посадочной поверхности (до десяти секунд) за счет более раннего появления видеокамер из под нижней границы облаков или тумана по сравнению с кабиной экипажа при посадке ЛА.
Все эти технические эффекты и явления определяют технический результат, заключающийся в расширении визуальной информации о положении ЛА относительно посадочной поверхности и в повышении быстродействия ее получения, а также дополнительный технический результат, заключающийся в получении информации о раскрытии или уборке шасси ЛА.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 представлен предлагаемый способ визуальной посадки ЛА, вид сбоку, где 1 - видеокамера, 3 - левая задняя опора шасси, 5 - передняя опора шасси, 9 - нижняя граница облаков или тумана, 10 - взлетно-посадочная полоса (ВПП).
На фиг.2 представлена схема расположения видеокамер на левой и правой задних опорах шасси ЛА, вид спереди, где 2 - видеокамера на правой задней опоре шасси, а 4 - правая задняя опора шасси.
На фиг.3 представлена структурная схема устройства визуального обеспечения взлета или посадки ЛА, где 6 - дисплей.
На фиг.4 представлена структурная схема устройства визуального обеспечения взлета или посадки ЛА, включающая процессор, где 7 - процессор, 8 - блок дополнения сигналами навигационной, полетной и командной информации.
Визуальное обеспечение посадки ЛА (см. фиг.1) осуществляется следующим образом:
летчики с использованием видеокамер 1 и 2, расположенных на основных задних опорах шасси 3 и 4 (см. фиг.2), определяют высоту пролета ЛА входной кромки ВПП 10 и боковое отклонение ЛА от осевой линии ВПП. Даже при небольших отклонениях величин указанных параметров от требований в руководящих документах посадка запрещается и ЛА уходит на второй круг. Определение этих параметров осуществляется сравнением угловых размеров передней стойки шасси 5 с известными габаритами, находящейся на известном расстоянии от видеокамер 1 и 2 в их поле зрения, с видимыми угловыми размерами характерных объектов, расположенных вблизи ВПП. На основании анализа статистических данных видеозаписей посадок ЛА одного типа с одинаковым расположением видеокамер 1 и 2 на задних убираемых опорах шасси 3 и 4 на поверхность экрана дисплея 6 в помещении экипажа для различных величин углов атаки (тангажа) ЛА и скорости бокового ветра наносится расчетная (прицельная) сетка (не показана), состоящая из точек планируемого места посадки на ВПП, вертикальных и горизонтальных линий. Сетка может быть виртуальной и создаваться на экране дисплея 6 компьютерной программой. По указанной сетке пилоты определяют высоту пролета кромок ВПП и боковое отклонение от осевой линии ВПП.
Аналогично по расчетной сетке на экране дисплея 6 пилоты с использованием видеокамер 1 и 2, установленных на левой и правой задних опорах шасси 3 и 4, определяют высоту колес левой и правой опор шасси над посадочной поверхностью и выравнивают ЛА над ВПП. Затем летчики определяют высоту над поверхностью ВПП колес левой и правой задних опор шасси 3 и 4 по уменьшению размеров отображений продольных полос разметки, обозначающих осевую линию ВПП, вплоть до момента, когда раздельное наблюдение полос прекращается и они сливаются. Этот момент на основании статистики видеозаписей посадок дает точное (до 7%) значение высоты колес задних опор шасси 3 и 4 над поверхностью аэродрома (метр, полметра и т.д.). Одновременность слияния полос разметки осевой линии ВПП в поле зрения обоих видеокамер 1 и 2, расположенных на левой и правой задних опорах шасси 3 и 4, означает окончательное выравнивание ЛА перед касанием с землей и исключает эффект «козления» при посадке, пилоты для обнуления вертикальной скорости снижения ЛА берут штурвал на себя, ЛА садится.
После этого по началу вращения колес шасси и моменту появления дыма от сгоревшей резины экипаж определяет момент и место посадки ЛА на ВПП, визуально определяет высоту колес передней опоры шасси 5 над ВПП и завершает посадку мягким касанием с землей передней опоры шасси, что позволяет рассчитать дистанцию до конца ВПП при торможении, быстрее начать торможение и управление тормозными щитками, реверсом и тягой двигателей и предотвратить выкатывание ЛА за пределы ВПП.
В одном из вариантов способа визуальной посадки сигналы видеокамер 1 и 2, расположенных на левой и правой задних опорах шасси 3 и 4 совмещают, обрабатывают и передают на единый дисплей 6 в виде объемного изображения, по которому пилоты определяют наклонную дальность до начала ВПП или рассчитывают ее с использованием компьютерных средств.
Устройство визуального обеспечения взлета или посадки ЛА (см. фиг.3) включает по крайней мере одну видеокамеру 1, которая размещена на задней опоре шасси 3. Дисплей 6 расположен в помещении экипажа и необходим для демонстрации на нем изображения посадочной поверхности, передаваемого видеокамерой 1.
Работа устройства визуального обеспечения взлета или посадки ЛА заключается в том, что в процессе взлета или посадки пилоты наблюдают на экране дисплея 6 посадочную поверхность перед самолетом по сигналам, которые передает видеокамера 1, размещенная на задней опоре шасси 3.
Указанной видеокамерой 1 может быть телевизионная камера, тепловизионная камера или их система, дополненная радиолокационной станцией.
Установка видеокамер 1 и 2 на задних опорах шасси позволяет увеличить углы их обзора, а также максимально защищает их от загрязнения, возможного разрушения и обледенения.
Расположение видеокамер 1 и 2 на задних убираемых опорах шасси 3 и 4 в отличие от известных технических решений позволяет снизить массу ЛА и упростить конструкцию, отказавшись от приводов механизмов выдвижения платформ, устройств включения и синхронизации со средствами выпуска и уборки шасси, а также повысить надежность всей системы, ликвидировав возможность заедания приводов или несинхронного включения. При этом снижение сложности конструкции идет с повышением эффективности ее использования.
Для достижения максимального сокращения времени появления в плохих метеоусловиях изображения посадочной поверхности и быстрого установления визуального контакта пилотов с ВПП, и для расширения поля зрения видеокамеры 1 и 2 желательно располагать максимально близко к земле на нижних секциях задних стоек шасси 3 и 4. При пересечении нижней границы 9 облаков и тумана ЛА вниз к ВПП (см. фиг.1) выигрыш по времени появления изображения посадочной поверхности и установления визуального контакта пилотов со светосигнальным оборудованием ВПП по сравнению с традиционным способом может составить до 10 секунд, чего вполне достаточно при появлении угрозы столкновения ЛА с наземными препятствиями для принятия решения об уходе на второй круг, набора оборотов, увеличения тяги двигателей и осуществления маневра. Это особенно важно в связи с тем, что в процессе захода на посадку в плохих метеоусловиях с фактической видимостью по высоте менее 50 метров желание пилотов быстрее установить визуальный контакт с посадочной поверхностью приводит к увеличению вертикальной скорости снижения и подныриванию под глиссаду, что является типовой причиной минимум 10 авиапроисшествий в России за период 2005-2011 гг. по данным технической комиссии межгосударственного авиационного комитета (МАК), в том числе происшествия 10.04.2010 с гибелью польского самолета ТУ-154 с президентом и правительством на борту, происшествий с самолетом ТУ-204 в Домодедово, с самолетами АН-24 в Игарке и Благовещенске.
Пилотируемые летательные аппараты распространены гораздо шире чем БЛА и позволяют осуществлять взлет или посадку на различных посадочных поверхностях в более широком диапазоне условий посадки, особенно при плохих метеоусловиях. Размещение всех элементов 1 и 6 заявляемого устройства визуального обеспечения взлета или посадки ЛА непосредственно на одном пилотируемом летательном аппарате обеспечивает возможность надежно осуществлять взлет или посадку на аэродромах с низкой степенью технического оснащения.
Для повышения надежности и получения объемного изображения посадочной поверхности устройство визуального обеспечения взлета или посадки может быть снабжено второй видеокамерой 2, расположенной на задней опоре шасси 4 симметрично первой видеокамере 1 относительно плоскости симметрии самолета.
В некоторых вариантах исполнения в состав устройства визуального обеспечения взлета или посадки включены процессор 7, соединенный с видеокамерами 1 и 2, с дисплеем 6 и с блоком 8 дополнения изображения на дисплее сигналами навигационной, полетной и командной информации (см. фиг.4). Блок 8 может быть связан с другими системами (не показаны) автоматического управления посадкой ЛА, такими как, например, радиотехническая система ближней навигации, система автоматического управления полетом и приборная система посадки.
Устройство визуального обеспечения в описанном варианте работает следующим образом: с видеокамер 1 и 2 сигналы поступают на процессор 7, где они совмещаются, преобразуются известными средствами по технологии формирования объемного изображения и дополняются данными навигационной, полетной и командной информации, после чего сформированные в процессоре 7 сигналы в виде объемного изображения посадочной поверхности поступают в помещение экипажа на дисплей 6 и пилоты получают расширенную визуальную информацию о положении ЛА относительно посадочной поверхности и светосигнального оборудования ВПП.
Устройство обеспечения в указанном варианте (фиг.4) может быть оборудовано средствами программного обеспечения (не показаны) системы распознавания образов. Появляющиеся при этом у видеокамер, установленных на задних опорах шасси, новые свойства позволяют быстро идентифицировать возможные препятствия для осуществления взлета или посадки, расположенные вблизи ВПП, такие как высокие деревья, мачты освещения и линии электропередач, и включать тревожную сигнализацию в кабине экипажа или передавать сигнал тревоги в систему автоматического управления посадкой.
Указанные выше положительные технические эффекты установки видеокамер на задних опорах шасси, такие как расширение поля зрения видеокамер (в поле зрения попадает передняя опора шасси и ее колеса), слияние деталей изображения двигающейся поверхности при приближении к ней, уменьшение дрожания кадра, объемность изображения, уточнение определения дальности при сравнении угловых размеров характерных объектов, сокращение времени появления изображения и указанные выше новые свойства, совмещены в одном и том же устройстве, позволяющем выполнять новые функции. К таким функциям относятся функции системы тревожной сигнализации об опасной близости препятствия, расположенного перед ЛА (при взлете-посадке и при рулении по аэродрому); системы контроля выпуска и уборки шасси; системы автоматической регистрации параметров полета (САРПП), использующейся для разбора полетов и определения предпосылок к авиапроисшествиям; системы обучения пилотов заходу на посадку, а также других систем, необходимых для решения задачи повышения уровня безопасности полетов, на которую направлено заявляемое изобретение. К таким системам (не показаны) относятся система контроля из кабины экипажа наземного обслуживания ЛА и система повышения безопасности пассажиров при посадке в ЛА за счет контроля периметра ЛА, достоверной идентификации, находящихся в розыске лиц, и селекции неопознанных персон.
Пример. Реализация предлагаемого способа визуальной посадки ЛА и устройства визуального обеспечения осуществляется следующим образом. На нижних секциях обоих задних стоек шасси длиннофюзеляжного самолета ТУ-154М жестко закреплены две ударопрочные видеокамеры с частотой кадров до 60 в секунду и углом обзора до 170 градусов, соединенные помехозащищенным кабелем с дисплеем в кабине экипажа. Видеосигналы левой и правой камер создают на левой и правой половинах дисплея изображения посадочной поверхности, соединяющиеся по изображению носовой стойки шасси. При посадке ЛА на аэродром с низкой степенью технического оснащения в плохих метеоусловиях с фактической видимостью по высоте менее 50 м и с вертикальной скоростью снижения от 2 до 4 м/с изображение на дисплее в кабине экипажа появится на 6-8 с раньше, чем будет установлен визуальный контакт с землей через стекла кабины экипажа. По этому изображению пилоты определяют высоту пролета ЛА входной кромки ВПП и боковое отклонение ЛА от осевой линии ВПП и в случае соответствия величин этих параметров требованиям нормативов продолжают посадку. В противном случае экипаж осуществляет увод ЛА на следующий круг. Летчики с использованием видеокамер выравнивают самолет над ВПП, определяют момент и место посадки ЛА на ВПП по вращению колес шасси и моменту появления дыма сгоревшей резины и немедленно начинают торможение самолета с целью предотвращения выкатывания за наружную границу ВПП.
Таким образом, расширенная визуальная информация о положении ЛА и колес всех опор его шасси 3, 4 и 5 относительно посадочной поверхности и самого ЛА, а также повышение быстродействия ее получения существенно увеличивает информированность экипажа и повышает надежность и безопасность пилотирования при отсутствии прямого визуального контакта летчика с аэродромом на режимах взлета или посадки.