СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОРНИТОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
METHOD OF PROVIDING ORNITHOLOGICAL SAFETY OF FLIGHT OF AIRCRAFT

Изобретение относится к способам отпугивания птиц, представляющих значительную опасность для летательного аппарата при столкновении с ними. Международная организация гражданской авиации ежегодно регистрирует порядка 5400 столкновений летательных аппаратов с птицами, при этом ущерб авиакомпаний, наносимый птицами в результате столкновений, достигает 1 млрд долларов в год. При этом, по данным специализированного портала «Билетик аэро» в кабину самолета птицы врезаются в 12% случаев, а в 45% попадают в двигатель, что может повлечь деформацию лопаток на различных ступенях компрессора с возможностью их разрушения, в результате чего двигатель выйдет из строя и даже может загореться.
На практике получили распространение различные методы отпугивания птиц в районе взлетно-посадочной полосы аэродромов, при этом оборудование для отпугивания устанавливается стационарно по периметру аэродрома и взлетно-посадочной полосы или на автомобилях аэродромных служб.
Известен акустический метод отпугивания птиц. Одной из последних разработок в этой области является создание в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники «звуковой пушки», в которой акустическое излучение генерируется в узкий спектр и устройство представляет собой не единичные рупорные громкоговорители, а антенную решетку, состоящую из множества отдельных излучающих элементов. Система обладает такими преимуществами, как больший радиус действия (не менее 1000 м), высокий уровень сигнала, направленность воздействия, высокая морозоустойчивость (до минус 30°С) (https://tusur.ru/ru/novosti-i-meropriyatiya/novosti/prosmotr/-/novost-v-tusure-sozdana-ustanovka-dlya-effektivnogo-otpugivaniya-ptits-ot-aerodromov).
При динамическом методе используются пропановые отпугиватели птиц, к которым подключен газовый баллон, газ из которого поступает в детонационную камеру и поджигается с помощью пьезоэлемента или электроподжига, после чего происходит взрыв. После детонации звук поступает в ствол отпугивателя и усиливается с помощью конусообразной формы ствола. В результате слышен хлопок громкостью от 119 до 124 децибел, распространяемый на расстояние до 1000 м (http://kurtbomsan.ru).
Применяется метод визуального отпугивания птиц на аэродромах с помощью, например, лазерного отпугивателя Avian Dissuader, который создает яркое световое пятно на поверхности сильно удаленной от источника излучения, которое воспринимается птицами как нечто живое и вызывает у них испуг. Предусмотрена специально разработанная оптическая система, которая обеспечивает расхождение узкого светового потока, создаваемого лазером, и в темное время суток видно не только это пятно, но и сам луч, который также оказывает отпугивающее действие. Так в приборе модификации BDL-532SHO выходная мощность составляет 75 мВт, длина волны лазера - 532 нм (цвет - зеленый), эффективная рабочая дистанция днем - до 500 м, а ночью - до 4000 м (http://otpugivateli.ru/catalog/laser-equipment/93-lazernyi-otpugivatel-ptits-dissuader). Визуальное отпугивание птиц осуществляется и самим самолетом путем включения посадочных и проблесковых огней. Предпринимаются попытки сконструировать устройство, расположенное на борту самолета, которое с помощью лазерного луча может создать в пространстве светящуюся фигуру в виде синусоиды на площади около 1 га, образованную точечными световыми сигналами и перемещающуюся впереди самолета (А.И. Рогачев A.M. Лебедев. Орнитологическое обеспечение безопасности полетов. 1984).
Общим недостатком всех применяемых методов обеспечения орнитологической безопасности аэродромов с использованием отпугивателей птиц наземного базирования является ограниченная область эффективного воздействия, что может, в определенной степени, обеспечивать безопасность при взлете и посадке летательного аппарата, где есть максимально высокая вероятность столкновения с птицами. Вместе с тем, риск столкновения летательного аппарата с птицами на высоте полета 401-1000 м составляет 12,7%, 1001-2000 м - 7,5%, 2001-5000 м - 5,2% и свыше 5000 м - 0,8% (Колисниченко Ю.М. Орнитологическая безопасность полетов: проблемы и пути решения. Проблемы безопасности полетов (журнал), Москва, ВИНИТИ, №12, С. 26-34). Следует принимать во внимание, что не на всех аэродромах применяется комплексная защита от столкновения с птицами с использованием современного высокотехнологичного оборудования, поскольку установлено, что использование только одного из известных методов отпугивания птиц не приводит к желаемому результату, потому что вызывает привыкание птиц. Нельзя исключить вариант, что по техническим причинам имеющееся оборудование аэродрома может кратковременно выйти из строя и не обеспечить безопасность взлета и посадки летательного аппарата в конкретном интервале времени. Использование визуального метода отпугивания птиц с применением лазерного оборудования, размещенного на борту самолета, не обеспечивает безопасности полета в силу ограниченной области применения, поскольку отсутствует комплексное воздействие на птиц и лазерный луч может эффективно воздействовать на птиц только в ночное время.
В случае, если птица, несмотря на действующую систему отпугивания, приблизилась к воздухозаборнику двигателя летательного аппарата, то для исключения попадания птицы в двигатель используют механическую защиту двигателя от попадания посторонних предметов и птиц с помощью установки на воздухозаборник защитного блока, представляющего собой, например, последовательно и параллельно закрепленные ролики свободного вращения (патент РФ на изобретение №2666081, МПК F02C 7/055, опубл. 05.09.2018). Защитный блок воздухозаборника выполнен в виде одной секции или разделен на равнофункциональные две или более части посредством жесткой штанги, служащей для крепления роликов свободного вращения. При этом рама с роликами установлена под углом 45±15° относительно горизонта. Защитный блок может быть разделен на две равнофункциональные части стреловидной формы, при этом каждая плоскость выполнена наклонной под углом 45±15° относительно горизонта.
Недостатком механической защиты с помощью установки на воздухозаборник защитного блока является неизбежность создания дополнительного сопротивления и снижение давления воздуха в воздухозаборнике, что существенно снижает характеристики двигателя.
Обеспечить орнитологическую безопасность полета летательного аппарата можно только используя комплексное воздействие на птиц. При этом применяются все известные методы отпугивания птиц или их комбинации.
Известен метод передачи оглушающе громкого звука, сопровождающегося яркими вспышками света на расстояния вплоть до десятков километров, разработанный в Лаборатории нелетального оружия Пентагона, который может использоваться как комплексный метод, объединяющий акустический и визуальный методы отпугивания птиц. В лазерной акустической пушке используются два типа лазеров: фемтосекундный лазер создает в точке прицеливания плазменный шар, по которому в свою очередь лучом узкого диапазона бьет нанолазер. Плазменная сфера отвечает на это воздействие звуком громкостью до 150 децибел и яркими вспышками света. В настоящее время удалось сгенерировать сгусток плазмы на расстоянии в 30 километров от установки (http://redbod.ru/ acoustic-cannon/).
Известен способ обеспечения орнитологической безопасности аэропорта (патент РФ на изобретение №2426310, МПК А01М29/10, А01М 29/24, опубл. 20.08.2011), который включает комплексное воздействие на птиц электромагнитными колебаниями в частотном диапазоне от дециметрового до оптического. Электромагнитные колебания дециметрового диапазона вырабатываются с помощью генератора электромагнитных колебаний, работающего в режиме модулированной широкополосной или шумовой генерации. Воздействие электромагнитными колебаниями в оптическом диапазоне осуществляют путем комбинации когерентных монохроматических колебаний лазерных источников. В стационарных установках, расположенных по периметру взлетно-посадочной полосы, использована передающая система, содержащая лазерный источник электромагнитных колебаний в комбинации с СВЧ генератором, работающим в дециметровом диапазоне. При использовании импульсного генератора в дециметровом диапазоне мощностью, равной примерно 2 кВт, дальность эффективного воздействия составляет примерно 1000 м, если использовать сфокусированный электромагнитный луч с пятном на приемной стороне, равным примерно 2,2 м.
Недостатком известных комплексных методов, которые можно использовать для отпугивания птиц, является их наземное базирование, что не позволяет обеспечить орнитологическую безопасность полета летательного аппарата, находящегося далеко за пределами аэродрома.
Задачей настоящего изобретения является создание условий, когда перед летательным аппаратом сформирована и постоянно находится в актуальном состоянии до достижения высоты полета, где столкновение с птицами невозможно, комплексная защита от столкновения с птицами или другими посторонними предметами, включающая отпугивание птиц перед летательным аппаратом и защиту воздухозаборника двигателя летательного аппарата.
Поставленная задача решается тем, что в способе обеспечения орнитологической безопасности полета летательного аппарата, в котором приборы направленного действия, реализующие акустический, динамический и визуальный методы отпугивания птиц, расположены на борту летательного аппарата и при одновременном их использовании или в комбинации, включая электромагнитное поле, создаваемое бортовой радиолокационной станцией переднего и бокового обзора, формируется комплексная защита от столкновения с птицами, которая перемещается перед летательным аппаратом со скоростью его полета на расстоянии, достаточном для отпугивания птиц и изменения курса их полета в сторону от летательного аппарата, а защита воздухозаборника двигателя летательного аппарата от попадания в него птиц или другого постороннего предмета после их обнаружения бортовой радиолокационной станцией и сближения с ними на расстояние, при котором появляется возможность попадания в воздухозаборник, осуществляется путем автоматического включения защиты от столкновения в виде потока энергии в направлении, препятствующем попаданию птицы или другого постороннего предмета в воздухозаборник двигателя летательного аппарата, в результате чего происходит мгновенное сгорание или изменение курса полета птицы или другого постороннего предмета в сторону от воздухозаборника и летательного аппарата за счет оказанного на них воздействия.
Сжатые импульсы электромагнитной энергии, излучаемые бортовой радиолокационной станцией переднего и бокового обзора, формируют защитное электромагнитное поле летательного аппарата и направлены в горизонтальной плоскости.
В способе обеспечения орнитологической безопасности полета летательного аппарата на его борту расположены приборы направленного действия, например, «звуковая пушка», пропановый отпугиватель птиц, лазерный отпугиватель, плазменно-лазерный источник громкого звука, реализующие акустический, динамический и визуальный методы отпугивания птиц, и при одновременном их использовании или в комбинации, включая создаваемое бортовой радиолокационной станцией переднего и бокового обзора электромагнитное поле в виде сжатых горизонтально направленных импульсов, формируется комплексная защита от столкновения с птицами, которая перемещается перед летательным аппаратом со скоростью его полета на расстоянии, достаточном для отпугивания птиц и изменения курса их полета в сторону от летательного аппарата, а защита воздухозаборника двигателя летательного аппарата от попадания в него птиц или другого постороннего предмета после их обнаружения бортовой радиолокационной станцией и сближения с ними на расстояние, при котором появляется возможность попадания в воздухозаборник, осуществляется путем автоматического включения защиты от столкновения в виде потока энергии в направлении, препятствующем попаданию птицы или другого постороннего предмета в воздухозаборник двигателя летательного аппарата, в результате чего происходит мгновенное сгорание или изменение курса полета птицы или другого постороннего предмета в сторону от воздухозаборника и летательного аппарата за счет оказанного на них воздействия.
Одним из элементов комплексной защиты летательного аппарата от столкновения с птицами могут являться бортовые радиолокационные станции переднего (бокового) обзора, основанные на применении высокочастотной электромагнитной энергии в виде импульсов (зондирующий сигнал) и используемые, в том числе, для обнаружения различного рода предметов на пути летательного аппарата и предупреждения о возможном столкновении с ними. Для повышения средней мощности зондирующего сигнала, увеличения чувствительности и дальности действия радиолокационной станции применяют технику сжатия импульсов: излучают длинный широкополосной сигнал с частотной модуляцией внутри импульса. После приема сигналы преобразуются в короткие импульсы. В бортовых радиолокационных станциях бокового обзора используются вдольфюзеляжные антенны, размером до 5-6 м с лучом, излучающим сверхвысокочастотную энергию в боковом направлении. Таким образом, использование техники сжатия импульсов в радиолокационных станциях переднего и бокового обзора, установленных на борту летательного аппарата, позволяет создать на расстоянии в несколько километров защитное электромагнитное поле, сформированное перед летательным аппаратом и по бокам (для этого в бортовых радиолокационных станциях бокового обзора луч может быть направлен как в направлении земли, так и в горизонтальной плоскости), при попадании в которое птицы будут стремиться выйти из него, изменив курс своего полета, и тем самым избежать столкновения с летательным аппаратом.
В случае, если бортовая радиолокационная станция обнаружит птицу или другой посторонний предмет, который находится в опасной близости с воздухозаборником двигателя летательного аппарата, автоматически включается система защиты от столкновения в виде потока энергии в направлении, препятствующем попаданию птицы или другого постороннего предмета в воздухозаборник двигателя летательного аппарата, в результате чего происходит мгновенное сгорание или изменение курса полета птицы или другого постороннего предмета в сторону от воздухозаборника за счет оказанного на них воздействия. В качестве примера устройства, обеспечивающего защиту двигателя летательного аппарата, может быть боевой высокоэнергетический лазер воздушного базирования, луч которого испускается из лазерной пушки, установленной в непосредственной близости с двигателем летательного аппарата, при этом луч направлен в сторону его носовой части параллельно базовой плоскости летательного аппарата.
В качестве потока энергии, обеспечивающего защиту от попадания птицы или другого постороннего предмета в воздухозаборник двигателя летательного аппарата, может быть струя сжатого воздуха, который под давлением 100 МПа (примерно 1000 атм) и более сосредоточен в воздушном аккумуляторе давления. При приближении птицы или другого постороннего предмета к воздухозаборнику двигателя летательного аппарата автоматически срабатывает защита от столкновения в виде выстреливающей струи сжатого воздуха, направленной из пневматической пушки в горизонтальной плоскости летательного аппарата параллельно фронтальной плоскости воздухозаборника или под некоторым углом к ней для изменения курса полета птицы или другого постороннего предмета в сторону от воздухозаборника и летательного аппарата. Для создания потока энергии возможно выстреливание сразу нескольких струй сжатого воздуха.
Для создания потока энергии, способного изменить курс полета птицы или другого постороннего предмета, можно использовать набегающий поток воздуха, который, например, попадая в сужающееся сопло, разгоняется и создает воздушный барьер перед воздухозаборником двигателя летательного аппарата. Оба сопла, расположены с двух сторон вдоль фюзеляжа летательного аппарата между его носовой частью и двигателем и могут убираться внутрь фюзеляжа. От попадания птиц или другого постороннего предмета во входную часть сопла может быть использована струя сжатого воздуха.
Таким образом, использование комплексной защиты от столкновения с птицами с использованием оборудования, размещенного на борту летательного аппарата, позволяет обеспечить орнитологическую безопасность полета летательного аппарата.