Устройство информационного обеспечения летчика при приземлении вертолета на корабль

Техническое решение относится к авиационной технике, преимущественно морской авиации, и может быть использовано для обеспечения визуальной посадки вертолета на корабельные взлетно-посадочные площадки ВППл в сложных метеоусловиях ночью за счет увеличения объема и качества информации о качках корабля, представляемой летчику внекабинными средствами отображения.
Известно, что посадка вертолета на качающуюся корабельную ВППл для летчика является наиболее напряженным этапом полета. Объясняется это тем, что он должен совместить 6 степеней свободы вертолета с шестью степенями свободы ВППл.
Известны в основном два направления повышения безопасности посадки вертолета на корабельные качающиеся ВППл: первое - это автоматизация процесса приземления вертолета за счет применения механических систем сцепки вертолета с палубой корабля и последующего притягивания и фиксации вертолета к палубе; и второе - это повышение уровня информационного обеспечения летчика при визуальном способе приземления вертолета на корабельные ВППл.
Многие типы вертолетов морского базирования не имеют механических средств причаливания, поэтому проблемы посадки здесь решаются по второму пути.
Известен световой указатель крена и дифферента (см., Басов Ю.Г. Светосигнальные устройства. М., Транспорт, 1993, стр. 269-270, 309), применение которого направлено на повышение безопасности посадки вертолета на корабельные ВППл на этапе приземления. Устройство имеет: блок индикации крена с встроенными в него двухразрядным цифровым индикатором значений крена и двумя сигнализаторами - сигнализатором направления крена влево и сигнализатором направления крена вправо; блок индикации дифферента и вертикального перемещения с встроенными в него пятью сигнализаторами - сигнализаторами движения палубы вниз, вверх, запрета посадки, направления дифферента вверх и вниз, и одноразрядным цифровым индикатором значений дифферента.
Устройство работает следующим образом.
При качке ВППл влево на блоке индикации крена загорается сигнализатор направления качки влево, соответственно при качке вправо - сигнализатор направления крена вправо. На цифровом индикаторе индицируется абсолютное значение величины бортовой качки в градусах.
При движении ВППл вверх (по вертикали) на блоке индикации дифферента и вертикального перемещения загорается сигнализатор движения палубы вверх, а при ее движении вниз - сигнализатор движения палубы вниз.
При дифференте вниз загорается сигнализатор дифферента вниз, при дифференте вверх - сигнализатор дифферента вверх. При запрете посадки включается сигнализатор запрета посадки.
Основным недостатком этого устройства является форма представления информации. Так, летчик, используя сигнализаторы и цифровые индикаторы, с трудом может определить время до начала изменения направлений движения по крену и дифференту. Еще с большим затруднением он может определить время до начала изменения направления движения ВППл по высоте.
Наиболее важный недостаток данного устройства состоит в отсутствии внекабинной световой индикации, необходимой летчику для определения положения вертолета в земной системе координат, т.е. отсутствии индикации истинного горизонта или истинной вертикали. Отсутствие такой индикации при ночной посадке в сложных метеоусловиях (СМУ), как правило, вызывает у летчиков иллюзию, которые приводят к раскачке вертолета и соответственно к летным происшествиям или к катастрофам.
Имеются другие патенты и заявки на полезные модели, в которых предлагаются способы и средства информационного обеспечения летчика при посадке на корабельную ВППл, например, такие, как: индикатор вертикального перемещения корабельный взлетно-посадочной площадки, патент RU №123200 МПК G08G 05/02, публикация от 20.12.2012; способ отображения информации о вертикальном перемещении корабельной взлетно-посадочной площадки при посадке вертолета на корабль, патент RU №2506654 МПК G09G 03/20, публикация от 10.02.2014; индикатор положения взлетно-посадочной площадки корабельный, патент RU №154199 МПК G08G 05/02, публикация от 20.08.2015.
Среди них в наибольшей степени отвечает требованиям информационного обеспечения летчика при посадке на ВППл индикатор посадочный палубный (см., патент RU №153655 МПК G08G 05/02, публикация от 27.07.2015), содержащий электромеханический указатель истинного горизонта (УИГ), состоящий из блока одноосной стабилизации (БОС) и световой планки указателя истинного горизонта (ПУИГ), экран светодиодный цветной (ЭСЦ), промышленный компьютер, который с одной стороны подключен по мультиплексным линиям связи к корабельной навигационной системе, а с другой к БОС, ПУИГ и ЭСЦ.
Все устройства подключены к корабельному источнику питания.
ЭСЦ имеет световое светодиодное цветное информационное поле, в которое встроены информационные поля: поле индикатора направления и величины крена с отображением на нем символа текущего значения крена; поле индикатора направления и величины дифферента с отображением на нем символа текущего значения дифферента при его движении вниз и символа текущего значения дифферента при его движении вверх; поле индикатора направления и величины вертикального перемещения взлетно-посадочной площадки с отображением на нем символа текущего положения центра ВППл при его движении вверх и символа текущего положения центра ВППл при его движении вниз, поле цифровой индикации располагаемого летчиком времени для принятия им решения на выполнение операции причаливания (касания) вертолета к взлетно-посадочной площадке.
Индикатор обеспечивает отображение размаха и периода трех видов качки, а также индикацию истинного горизонта и времени, оставшегося до занятия горизонтального положения ВППл при движении ее вниз и положении по крену и дифференту, близкому к нулю.
Таким образом, рассматриваемый индикатор обеспечивает летчика информацией о всех параметрах качки и, кроме этого, предоставляет летчику возможность выполнения посадки в автоматизированном режиме, используя только цифровой индикатор и указатель истинного горизонта.
К недостаткам этого индикатора следует отнести пространственно разнесенное представление информации, необходимой летчику для оценки положения вертолета относительно ВППл и невозможность использования указателя истинного горизонта (УИГ) непосредственно при причаливании к ВППл, так как летчик в этот момент смотрит вниз и таким образом световая планка УИГ выходит из его поля зрения. Вторым важным недостатком является наличие цифрового индикатора, мелькание цифр которого отвлекает внимание летчика от процесса причаливания.
Задачей изобретения является устранение недостатков вышеуказанного индикатора.
Техническим результатом предлагаемого решения является обеспечение информацией, необходимой летчику для ориентации в пространстве при перемещении вертолета с верхней точки над ВППл при посадке до его причаливания к ВППл при повышении информативности индикатора вертикального перемещения ВППл за счет введения индикации прогнозируемого положения ВППл, при котором разрешено причаливание к ней, цветового кодирования амплитуд дифферента и вертикальной качки при их движениях вверх в одном цвете и при движении вниз в другом.
Технический результат достигается тем, что в устройство информационного обеспечения летчика при приземлении вертолета на корабль, содержащий экран светодиодный цветной с пиксельной структурой матрицы, в информационное поле которого встроены в верхней части экрана информационное поле шкалы индикатора бортовой качки, информационное поле индикатора вертикального перемещения центра ВППл с встроенным в него символом индикации текущего значения высоты центра ВППл при его движении вниз или вверх, информационное поле индикатора дифферента с встроенным в него символа индикации текущего значения дифферента при его движении вверх или вниз, световую планку ориентации летчика в пространстве при посадке на корабельную ВППл, промышленный компьютер с встроенным в него вычислительным блоком, который с одной стороны подключен с помощью проводной линии связи к корабельной навигационной системе, которая обеспечивает выдачу текущих значений параметров бортовой, килевой и вертикальной качек, а с другой - к экрану светодиодному цветному, причем в вычислительный блок которого встроены программно-вычислительные модули: модуль формирования верхней шкалы индикатора бортовой качки, модуль формирования информационного поля индикатора вертикального перемещения центра ВППл, модуль формирования символа индикации текущего положения центра ВППл по высоте и управления его положением, модуль формирования информационного поля индикатора дифферента, модуль формирования символа индикации текущего положения ВППл по дифференту, модуль задания уровней яркости светодиодов светового экрана, а экран и промышленный компьютер подключены к источникам электропитания, кроме того, пульт управления реализован на базе промышленного компьютера, а световая планка ориентации летчика в пространстве при посадке на корабельную ВППл выполнена в виде световой планки указателя истинной вертикали, расположенная на информационном поле экрана вертикально, причем для ее формирования и управления угловым положением в вычислительный блок пульта управления введены программно-вычислительные модули: модуль формирования световой планки указателя истинной вертикали и модуль преобразования информации, поступающей от навигационной системы, в сигналы управления угловым положением световой планки указателя истинной вертикали, а также модуль формирования световой планки индикации амплитуды вертикальной качки центра ВППл при движении центра сверху вниз одним цветом, модуль формирования световой планки индикации амплитуды вертикальной качки центра ВППл при движении центра ВППл снизу вверх другим цветом, модуль формирования световой планки индикации амплитуды дифферента при движении сверху вниз одним цветом, модуль формирования световой планки индикации амплитуды дифферента при движении снизу вверх другим цветом, кроме того, символы индикации текущего положения центра ВППл по вертикали и символы индикации текущего положения ВППл по дифференту выполнены в виде одинаковых по форме и цвету символов независимо от направления их движения.
В информационное поле экрана в нижней его части дополнительно встроены информационное поле шкалы индикации бортовой качки и шкала индикатора бортовой качки, в вычислительный блок пульта введен программно-вычислительный модуль формирования нижней шкалы индикатора бортовой качки, а в индикатор вертикального перемещения центра ВППл введен символ индикации разрешения причаливания вертолета к ВППл и соответствующий ему программно-вычислительный модуль формирования и управления его положением.
Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.
На фиг. 1 показана структурная схема устройства информационного обеспечения летчика (УИОЛ).
На фиг. 2 показана схема расположения информационных полей индикатора и их элементов в исходном состоянии после включения питания.
На фиг. 3 показана схема расположения информационных полей индикатора и их элементов при наклоне корабля влево и движении центра ВППл и дифферента вниз.
На фиг. 4 показана схема расположения информационных полей индикатора и их элементов при наклоне корабля вправо и дифферента вверх.
На фиг. 5 показана разметка условной траектории вертикальной качки центра ВППл.
Обозначения к фиг. 1-5:
1. Экран светодиодный цветной - ЭСЦ.
1.1. Информационное поле экрана.
1.1.1. 1.1.1а. Информационные поля шкал индикаторов бортовой качки (ИБК) верхнее и соответственно нижнее.
1.1.1.1. 1.1.1.1а. Шкалы индикаторов бортовой качки верхняя и соответственно нижняя.
1.1.2. Световая планка указателя истинной вертикали (УИВ).
1.1.3. Информационное поле индикатора вертикального перемещения центра ВППл.
1.1.3.1. 1.1.3.1а. Световая планка индикации амплитуды вертикальной качки центра ВППл вниз и соответственно вверх.
1.1.3.2. Символ индикации текущего значения высоты центра ВППл.
1.1.3.3. Символ индикации разрешения причаливания вертолета к ВППл.
1.1.4. Информационное поле индикатора дифферента (ИД).
1.1.4.1. 1.1.4.1а. Световая планка индикации амплитуды дифферента вниз или соответственно вверх.
1.1.4.2. Символ индикации текущего значения дифферента.
1.2. Блок управления и регулировки яркости светодиодов.
2. Пульт управления (ПУ) на базе промышленного компьютера.
2.1. Вычислительный блок пульта.
2.1.1. Программно-вычислительные модули.
2.1.1.1. 2.1.1.1а. Модули формирования шкал индикаторов бортовой качки верхнего и соответственно нижнего.
2.1.1.2. Модуль формирования световой планки указателя истинной вертикали.
2.1.1.3. Модуль преобразования информации, поступающей от навигационной системы, в сигналы управления угловым положением световой планки указателя истинной вертикали.
2.1.1.4. Модуль формирования информационного поля индикатора вертикального перемещения центра ВППл.
2.1.1.5. Модуль формирования световой планки индикации амплитуды вертикальной качки центра ВППл сверху вниз одним цветом.
2.1.1.6. Модуль формирования световой планки индикации амплитуды вертикальной качки центра ВППл снизу вверх другим цветом.
2.1.1.7. Модуль формирования символа индикации текущего положения центра ВППл по высоте и управления его положением.
2.1.1.8. Модуль формирования символа индикации разрешения причаливания вертолета к ВППл и управление его положением.
2.1.1.9. Модуль формирования информационного поля индикатора дифферента.
2.1.1.10. Модуль формирования символа индикации текущего положения ВППл по дифференту.
2.1.1.11. Модуль формирования световой планки индикации амплитуды дифферента сверху вниз одним цветом.
2.1.1.12. Модуль формирования световой планки индикации амплитуды дифферента снизу вверх другим цветом.
2.1.1.13. Модуль задания уровней яркости светодиодов светового экрана.
3. Корабельная навигационная система (не входит в состав индикатора).
4. Источник электропитания (не входит в состав индикатора).
Обозначения на фиг. 5:
Нм - высота вертикального перемещения центра ВППл.
1
Ha - амплитуда вертикальной качки центра ВППл вниз.
2
На - амплитуда вертикальной качки центра ВППл вверх.
пос
h - высота от вершины до разрешенного места причаливания вертолета к ВППл.
t - текущее время.
Точки 1, 3 - вершины вертикальной качки.
Точка 2 - впадина вертикальной качки.
Индикатор работает следующим образом.
Индикатор состоит из ЭСЦ 1 и ПУ 2 на базе промышленного компьютера. Источником данных о параметрах качки является бортовая навигационная система 3. Данные о размещении центра ВППл относительно центра качки корабля и строительных осей корабля вводятся в компьютер при привязке изделия к конкретному кораблю или судну. ПУ 2 и ЭСЦ 1, и ПУ 2 и корабельная навигационная система 3 соединены с помощью мультиплексных проводных линий связи.
После подачи электропитания от корабельного источника питания 4 на информационном поле 1.1 экрана 1 загораются все элементы индикации в соответствии с фиг. 2.
В исходном положении размах амплитуд индикатора вертикального перемещения (ИВП) и ИД равен размеру по высоте информационных полей, в которые встроены амплитуды ИВП и ИД.
В исходном положении символ текущего значения вертикальной качки 1.1.3.2 примыкает сверху непосредственно к центру информационного поля 1.1.3, а символ текущего значения дифферента 1.1.4.2 располагается по центру информационного поля 1.1.4. Символ индикации разрешения причаливания вертолета к ВППл 1.1.3.3 располагается симметрично символу 1.1.3.2 ниже центра информационного поля 1.1.3.
При отсутствии какой-либо качки индикатор 1 сохраняет вертикальное положение, от навигационной системы 3 поступают нулевые значения параметров качки, в вычислительном блоке 2.1 эти данные обрабатываются и преобразовываются в управляющие сигналы, в соответствии с которыми планка индикатора истинной вертикали 1.1.2 сохраняет вертикальное положение, амплитуды дифферента 1.1.4.1 и вертикальной качки 1.1.3.1 уменьшаются до нуля.
Символы 1.1.3.2, 1.1.3.3 и 1.1.4.2 остаются в положении, аналогичном исходному. Посадка разрешена в любое время.
При наличии бортовой качки индикатор 1 наклоняется в сторону качки. При этом планка УИВ, управляемая вычислителем в соответствии с данными от навигационной системы 3, сохраняет в земной системе координат вертикальное положение. Летчик, используя световую планку УИВ 1.1.2 и шкалы индикаторов бортовой качки 1.1.1.1 (1.1.1.1а), может определить примерную величину бортовой качки.
При бортовой, продольной и вертикальной качках к работе подключаются программно-вычислительные модули, с помощью которых определяются:
- положение планки УИВ,
- прогнозируемые значения амплитуд дифферента и вертикальной качек при движении по траектории волны вниз или вверх. В соответствии с этим планки амплитуд дифферента или ИВП включаются в одном или другом цвете. На фиг. 3 показаны цвета планок при движении вниз, а на фиг. 4 - при движении вверх.
Как известно, посадка может осуществляться при движении ВППл вниз, близком к впадине, и при положении ВППл, близком к горизонтальному. Поэтому посадка разрешена при зеленой планке ИВП, как показано на фиг. 3.
Преимущество предложенного технического решения состоит в том, что летчику предоставляется информация об истинной вертикали от верхней точки нахождения вертолета при посадке до точки причаливания и наглядном представлении положения вертолета по высоте и дифференту и направлению его движения, предоставлении информации о наступления момента разрешенного причаливания.
Техническо-экономическим эффектом полезной модели является повышение безопасности посадки вертолета на корабельную ВППл днем и ночью при бортовой, килевой и вертикальной качках корабля при улучшении технико-эксплуатационных характеристик УИОЛ.