Устройство посадки самолета по лазерным пучкам

Настоящее техническое решение является устройством, относящимся к зрительным системам посадки самолета на взлетно-посадочную полосу (ВПП) или палубу авианосца и может быть использовано для создания лазерной системы посадки самолета.
Известна зрительная система посадки по лазерному пучку, описанная в патенте США №4925303, опубликованном 15 мая 1990 года. Эта система посадки самолета содержит три лазерных источника излучения, которые установлены на ВПП вблизи места посадки самолета и расположены таким образом, чтобы их выходные окна были направлены в ту сторону ВПП, с которой самолет заходит на посадку. При этом каждый из указанных лазерных источников генерирует излучение видимого диапазона спектра, причем все эти лазерные источники расположены так, чтобы их оптические оси были расположены в плоскости глиссады, при этом один из этих источников является курсовым и расположен он так, чтобы его оптическая ось в вертикальной плоскости совпадала с курсом посадки самолета, а два других лазерных источника были расположены по обе стороны от курсового лазерного источника излучения. Эта система при работе формирует в пространстве символ, который образуется рассеянным излучением от коллимированных световых пучков. По расположению символа, который пилот воспринимает визуально, осуществляется посадка самолета на ВПП. Эта система посадки самолета позволяет визуально ориентировать самолет при посадке с достаточно высокой точностью и надежностью в ночных условиях, в условиях дымки при хорошей видимости в атмосфере при отсутствии частиц гидрометеоров: дождя, снега, тумана, морских солевого аэрозоля и др. В этих условиях пилот на большом расстоянии от лазерных пучков визуально воспринимает символ с высокой контрастностью, что и позволяет ему надежно ориентировать движение самолета при посадке. В условиях же плохой видимости - наличие в атмосфере дождя, тумана, снега и плотной дымки - пилот визуально не может воспринять лазерные пучки контрастно на большом расстоянии от этих пучков, а воспринимает их в виде слабосветящихся размытых световых полей, что исключает возможность надежного ориентирования с высокой точностью при движении самолета или вообще исключает такую возможность - при сильном замутнении атмосферы. Обусловлено это тем, что в данной системе посадки каждый из установленных лазерных источников посылает в пространство пучок излучения на такой длине волны видимого диапазона спектра, которая слабо воспринимается глазом человека. Поэтому после прохождения излучения, идущего от боковых сторон пучка через сильно замутненную атмосферу, оно ослабляется настолько сильно, что на этих длинах волн глаз человека перестает это излучение воспринимать и пилот поэтому не видит пучки излучения.
Известен способ посадки самолетов по световому лучу, описанный в патенте РФ №2369532.
По этому способу вблизи от места приземления самолета на ВПП установлены три излучателя на основе полупроводниковых лазеров, генерирующих световые пучки излучения на длине волны 635 нм, т.е. в красном диапазоне видимого спектра оптического излучения - (625-740) нм, либо в инфракрасном, невидимом диапазоне. Эти излучатели расположены таким образом, чтобы все они были направлены в ту сторону, с которой самолет идет на посадку. При этом один из этих излучателей расположен таким образом, чтобы его оптическая ось была расположена в плоскости, которая перпендикулярна плоскости ВПП и проходит через осевую линию этой полосы, а два других световых пучка формируют от боковых краев ВПП и таким образом, чтобы оба они были расположены в плоскости глиссады снижения самолета.
При посадке самолета пилот наблюдает эти световые пучки с их боковых сторон в виде символа и ориентирует движение самолета таким образом, чтобы указанный символ воспринимался визуально в виде правильной буквы «Т», причем перекладина этой буквы «Т» образована световыми пучками, расположенными в плоскости глиссады снижения, а ножка буквы «Т» образована световым пучком, расположенной под углом посадки к плоскости ВПП и проходит через осевую линию этой полосы, т.е. в плоскости курса посадки самолета. Благодаря описанному выше расположению в пространстве световых пучков пилот будет видеть правильную букву «Т» при нахождении самолета на глиссаде и курсе.
Данная система посадки обеспечивает надежный визуальный контакт с местом приземления и высокую точность ориентирования самолета при заходе на посадку. Однако в сложных метеоусловиях, когда атмосфера сильно замутнена дождем, туманом, снегом или плотной дымкой, создаваемые лазером световые пучки становятся плохо видимыми или невидимыми совсем даже на небольшом расстоянии от них. Это сильно снижает точность ориентирования, либо вообще исключает возможность такового. Обусловлено это тем, что в данной системе посадки лазерные источники посылают в пространство пучки излучения на такой длине волны видимого диапазона спектра, которая слабо воспринимается глазом человека, а после прохождения через сильно замутненную атмосферу излучение, идущее от боковых сторон пучка, ослабляется настолько сильно, что на этой длине волны глаз человека перестает излучение воспринимать и пилот, поэтому не видит пучки излучения.
Ближайшим из известных является способ посадки самолетов по световому лучу, описанный в патенте РФ №2369532. По этому способу вблизи от места приземления самолета на ВПП установлены три излучателя на основе полупроводниковых лазеров, генерирующих световые пучки излучения на длине волны 635 нм, т.е. в красном диапазоне видимого спектра оптического излучения - (625-740) нм. Эти излучатели расположены таким образом, чтобы все они были направлены в ту сторону, с которой самолет идет на посадку. При этом один из этих излучателей расположен таким образом, чтобы его оптическая ось была расположена в плоскости, которая перпендикулярна плоскости ВПП и проходит через осевую линию этой полосы, а два других световых пучка формируют от боковых краев ВПП и таким образом, чтобы оба они были расположены в плоскости глиссады снижения самолета.
При посадке самолета пилот наблюдает эти световые пучки с их боковых сторон и ориентирует движение самолета таким образом, чтобы указанные световые пучки в сочетании друг с другом воспринимались визуально в виде правильной буквы «Т», причем перекладина этой буквы «Т» образована световыми пучками, расположенными в плоскости глиссады снижения, а ножка буквы «Т» образована световым пучком, расположенной под углом посадки к плоскости ВПП и проходит через осевую линию этой полосы, т.е. в плоскости курса посадки самолета. Благодаря описанному выше расположению в пространстве световых пучков пилот будет видеть правильную букву «Т» при нахождении самолета на глиссаде и курсе.
Данное устройство посадки обеспечивает надежный визуальный контакт с местом приземления и высокую точность ориентирования самолета при заходе на посадку. Однако в сложных метеоусловиях, когда атмосфера сильно замутнена дождем, туманом, снегом или плотной дымкой, создаваемые лазером световые пучки становятся плохо видимыми или невидимыми совсем даже на небольшом расстоянии от них. Это сильно снижает точность ориентирования либо вообще исключает возможность такового. Обусловлено это тем, что в данном устройстве лазерные источники посылают в пространство пучки излучения на такой длине волны видимого диапазона спектра, которая слабо воспринимается глазом человека, а после прохождения через сильно замутненную атмосферу излучение, идущее от боковых сторон пучка, ослабляется настолько сильно, что на этой длине волны глаз человека перестает излучение воспринимать и пилот, поэтому не видит пучки излучения.
В то же самое время известно, что в спектре видимого излучения существуют длины волн, на которых зрение человека обладает очень высокой чувствительностью.
Технической задачей устройства посадки самолета по лазерным пучкам является использование лазерных пучков на такой длине волны излучения, которую глаз человека воспринимает с особо высокой чувствительностью.
Техническим результатом данного устройства является значительное увеличение дальности и точности ориентирования самолета при посадке в условиях ограниченной видимости - сильный туман, дождь, снег и т.п. Это происходит в силу следующих причин. Известно, что наибольшее значение относительной спектральной световой эффективности V(λ) достигается на длине волны, равной λ=527 нм, и составляет V(λ)=0,935 для ночных и сумеречных условий. В тоже время, как заявлено в прототипе, для этих же условий на λ=540 нм относительная спектральная световая эффективность равна V(λ)=0,68. Это означает, что лазерный пучок с длиной волны излучения, равной λ=540 нм, будет виден приблизительно более чем в 1,4 раза хуже, чем лазерный пучок, генерирующий на длине волны, равной λ=527 нм. Следовательно, при замене лазера с длиной волны излучения, равной λ=540 нм, на лазер с длиной волны излучения, равной λ=527 нм, для создания того же зрительного эффекта потребуется лазер с выходной мощностью в 1,4 раза меньшей. Учитывая, что и тот и другой лазеры полупроводниковые и у них на единицу потребляемой электрической мощности генерируется приблизительно одинаковая световая выходная мощность, то использование лазерного пучка, генерирующего в зеленом спектральном диапазоне на длине волны, равной λ=527 нм, даст значительную экономию в энергопотреблении. При равенстве выходных мощностей навигационный символ в виде буквы «Т», образованный зелеными лучами, будет виден при более сильных атмосферных замутнениях, а также - в сумеречных условиях.
Предлагаемое устройство для посадки самолета, как и описанное выше устройство, позволяет зрительно ориентировать самолет при посадке с высокой точностью и надежностью в сумеречных и ночных условиях, как в условиях высокой прозрачности, когда атмосфера слабо замутнена частицами дымки, так и в условиях пониженной видимости - наличие в атмосфере дождя, тумана, снега, плотной дымки, морского солевого аэрозоля и др. аэрозолей. В этих условиях при включении устройства с помощью блока управления, электрически связанного с лазерными источниками излучения, осуществляется их включение. В зоне ориентирования появляются лазерные пучки. Пилот на большом расстоянии от лазерных пучков зрительно воспринимает их с высокой чувствительностью и контрастностью, что и позволяет ему надежно ориентировать самолет при заходе на посадку.
Поставленная задача решается тем, что также, как и известное, данное устройство посадки самолета по лазерным пучкам содержит три лазерных источника излучения, электрически связанных между собой и с блоком управления, с которого подается электрическое напряжения на источники излучения, в результате они при включении генерируют световые пучки излучения в видимом диапазоне спектра оптического излучения. Источники излучения установлены на ВПП вблизи места приземления самолета, причем эти лазерные источники излучения выполнены таким образом, чтобы они генерировали световые пучки в зеленом диапазоне спектра электромагнитных волн. В отличие от прототипа в данном устройстве посадки самолета по лазерным пучкам все лазерные источники излучения выполнены таким образом, что они генерируют световые пучки в зеленой области спектра электромагнитных волн. При этом целесообразно, чтобы в качестве лазерных источников излучения в этой системе был установлен лазерный источник марки DTL-413, изготавливаемый фирмой ООО «Лазер экспорт», г. Москва.
Технический эффект, получаемый от использования заявляемого устройства посадки самолета по лазерным пучкам, заключается в том, что ее использование даст значительную экономию в энергопотреблении, а сформированные над ВПП лазерные пучки при равенстве выходных мощностей, будут видны при более плотных атмосферных замутнениях, а также при сумеречных условиях наблюдения.
Эффективность такой конструкции устройства посадки самолета по лазерным лучам определяется следующим. Как известно, зрение человека разные длины волн оптического диапазона спектра видимого излучения воспринимает с разной эффективностью, причем существует такая область спектра, в которой глаз человека обладает максимально высокой эффективностью, а именно: зеленая область спектра электромагнитных волн. Проведя дополнительные исследования, авторы установили, что для получения излучения в этой области спектра можно использовать указанный выше лазерный источник марки DTL-413.
-5
2
При этом известно, что наибольшее значение относительной спектральной световой эффективности V(λ) для ночных и сумеречных условий, при которых происходит посадка по лазерным пучкам, характеризуемых яркостью фона 10÷10 кд/м, наблюдается в зеленом спектральном диапазоне, равным 490÷550 нм, причем максимальное значение достигается на длине волны, равной λ=527 нм, и составляет V(λ)=0,935. В тоже время для этих же условий для λ=540 нм относительная спектральная световая эффективность равна V(λ)=0,68. Это означает, что для условий наблюдения лазерный пучок с длиной волны излучения, равной λ=540 нм, будет виден приблизительно более чем в 1,4 раза хуже, чем лазерный пучок, генерирующий на длине волны, равной λ=527 нм. Следовательно, при замене лазера с длиной волны излучения, равной λ=540 нм, на лазер с длиной волны излучения, равной λ=527 нм, для создания того же зрительного эффекта потребуется лазер с выходной мощностью в 1,4 раза меньшей. Учитывая, что и тот и другой лазеры полупроводниковые и у них на единицу потребляемой мощности генерируется приблизительно одинаковая световая выходная мощность, то использование лазерного пучка, генерирующего в зеленом спектральном диапазоне на длине волны, равной λ=527 нм, даст значительную экономию в энергопотреблении. При равенстве выходных мощностей навигационный символ в виде буквы «Т», образованный зелеными лучами, будет виден при более сильных атмосферных замутнениях, а также - в сумеречных условиях.
На рисунке показана блок-схема заявляемого устройства посадки самолета по лазерным пучкам. Это устройство содержит три лазерных источника 1, 2 и 3, электрически взаимосвязанных между собой и соединенных с блоком управления 4, которые установлены вблизи взлетно-посадочной полосы (ВПП), или на какой-нибудь другой плоской твердой поверхности. При этом все три лазерных источника излучения 1, 2 и 3 установлены в непосредственной близости от места приземления самолета, а их выходные окна направлены в одну сторону - в сторону, с которой самолет заходит на посадку, причем один из этих лазерных источников излучения 1 расположен таким образом, чтобы его оптическая ось находилась в плоскости, перпендикулярной плоскости ВПП и проходящей через осевую линию этой полосы. Этот лазерный источник излучения 1 называется курсовым. А два других лазерных источника излучения 2 и 3 установлены у боковых сторон ВПП и расположены таким образом, чтобы их оптические оси были одинаково наклонены к плоскости ВПП на угол два градуса 40 минут (2° 40'). Эти источники называются глиссадными. Все указанные лазерные источники излучения 1, 2 и 3 выполнены таким образом, чтобы они генерировали излучение в зеленом спектральном диапазоне 490÷550 нм, конкретно на длине волны, равной λ=527 нм. При этом в качестве каждого из указанных лазерных источников 1, 2 и 3 в данной системе установлен лазерный источник марки DTL-413, изготавливаемый фирмой ООО «Лазер экспорт», г. Москва и опубликованный на сайте - www.laser-export.com.
Данное устройство посадки самолета по лазерным пучкам работает следующим образом.
С блока управления 4, электрически связанного с лазерными источниками излучения, путем включения тумблера осуществляется включение зрительной системы посадки самолетов. Лазерные источники излучения 1, 2, 3 генерируют коллимированные пучки монохроматического излучения на длине волны λ=527 нм. Вследствие того, что лазерные источники 1, 2, 3 распложены на ВПП определенным образом (как описано выше) в пространстве над ВПП формируется зрительный символ в виде буквы «Т». Причем эти световые пучки расположены в пространстве над ВПП таким образом, что если самолет при посадке снижается по курсу и глиссаде, то пилот визуально воспринимает эти световые пучки в комплексе в виде буквы «Т», у которой ножка образована пучком излучения, идущим от курсового лазерного источника 1, а перекладина образована пучками излучения, идущими от глиссадных лазерных источников 2 и 3, и пилоту при посадке нужно ориентировать самолет таким образом, чтобы он зрительно постоянно воспринимал указанные световые пучки в виде правильной буквы «Т». При этом все лазерные источники 1, 2, 3 формируют в пространстве световые пучки на зеленой длине волны излучения (527 нм), к которой глаз человека обладает наибольшей чувствительностью. Вследствие этого указанные световые пучки пилот будет воспринимать или на гораздо большем расстоянии, или при гораздо более сильном замутнении атмосферы. Как показывают исследования, видимость световых пучков в этом спектральном диапазоне будет значительно лучше, чем видимость световых пучков в красной области спектра, которые в настоящее время получили широкое распространение при создании лазерных систем ориентирования. Поэтому использование данного устройства посадки самолета по лазерным пучкам позволит существенно увеличить дальность ориентирования и производить надежное ориентирование при сильном замутнении атмосферы при одновременном снижении энергопотребления.