СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ И ОТОБРАЖЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВЕКТОРА ПУТЕВОЙ СКОРОСТИ И УГЛА СНОСА ДЛЯ ВЕРТОЛЕТА

Заявляемая полезная модель относится к авиационной технике, в частности к бортовым средствам измерения и отображения экипажу составляющих вектора путевой скорости, значения модуля путевой скорости и угла сноса.
Информация о векторе и модуле путевой скорости на борту летательного аппарата (л.а.), в частности вертолета, относится к важной категории, она используется для пилотирования, решения навигационных задач, автоматизации управления (стабилизации точки висения) и в специальных системах, поэтому точное измерение данного параметра существенно влияет на надежность и безопасность пилотирования, а также на функциональные возможности вертолета.
При решении навигационных задач используют информацию о значении путевой скорости и угле сноса, которую, как правило, выводят на отдельные индикаторы, чтобы пилот мог визуально без затруднений воспринимать данную информацию.
Как известно, вертолеты среди всех видов летательных аппаратов отличаются своими специфическими режимами полета, определяемыми областью их практического применения, что в свою очередь проявляется в особенности приборов и систем, обеспечивающих их пилотирование.
Существуют системы измерения и отображения составляющих вектора путевой скорости и угла сноса для вертолетов, использующие многолучевые доплеровские бортовые радиолокационные станции, основанные на измерении сдвига частоты радиосигнала, посланного передатчиком в сторону Земли и принятого приемником сигнала, отраженного от ее поверхности. Этот сдвиг фаз пропорционален измеряемой скорости полета.
Так известна система измерения и отображения составляющих вектора путевой скорости и угла сноса для вертолета, описанная в учебном пособии «Радионавигационные системы» (МГТУ ГА 2004 г. стр. 57), содержащая высокочастотный блок, вычислитель составляющих вектора скорости в связанной с вертолетом и горизонтальной системе координат, индикатор висения и малых скоростей, два индикатора путевой скорости и угла сноса, блок вычисления координат, два индикатора координат (географических и ортодромических), блок вторичных напряжений питания, картографический индикатор и бортовой пульт контроля.
Недостатками данной системы являются:
1) сложная структура ее построения, состоящая из большого количества аналоговых электронных (электромеханических) блоков, решающих заданную функцию, взаимодействующих между собой посредством большого количества электрических линий связи различного вида (напряжения постоянного и переменного тока, частотные и импульсные сигналы), что приводит к повышенной массе, как самой системы, так и фидерного устройства (жгута), монтируемого на вертолете, и достигающих общей массы более 60 кг и, как следствие, низкая надежность и контролепригодность системы,
2) сложность восприятия пилотом необходимой информации из-за большого числа устройств ее отображения, что приводит к рассеиванию внимания пилота при перемещении взгляда с одного на другой индикатор и выполнении операций управления информацией и режимами работы измерителя и, следовательно, к снижению безопасности пилотирования вертолета,
3) невозможность прямого (без преобразователей) сопряжения измерителя с цифровым бортовым радиоэлектронным оборудованием (БРЭО) по стандартным цифровым линиям связи, ограничивающая функциональные возможности БРЭО,
4) узкий диапазон измерения первичной информации,
5) отсутствие встроенного подсвета устройств индикации, в том числе в режимах «Ночь» и «Очки ночного видения» (ОНВ), требующее организации соответствующего адаптированного заливающего подсвета приборов на приборной доске.
Настоящее техническое решение направлено на создание системы измерения и отображения составляющих вектора путевой скорости и угла сноса для вертолета (далее по тексту - система), обладающей лучшими техническими характеристиками, более широкими функциональными возможностями, обеспечивающими простоту обслуживания и отладки, существенно меньшими габаритно-массовыми характеристиками.
Технический результат заключается в существенном снижении габаритно-массовых характеристик и количества блоков, расширении функциональных возможностей, а также улучшении технических характеристик, обеспечивающих высокую надежность и безопасность пилотирования вертолета.
Указанный технический результат достигается за счет того, система измерения и отображения составляющих вектора путевой скорости и угла сноса для вертолета содержит доплеровский измеритель составляющих вектора путевой скорости, выполненный в виде моноблока с цифровым выходом, первый и второй индикаторы составляющих вектора путевой скорости и угла сноса, взаимодействующие между собой по первой кодовой линии связи, а с бортовым радиоэлектронным оборудованием по второй и третьей кодовым линиям связи, причем первый и второй индикаторы являются ЖК-индикаторами, содержащими элемент управления яркостью, расположенный внизу обрамления ЖК-индикатора слева и обеспечивающий переключение яркости «День/Ночь», и элемент управления режимами, расположенный внизу обрамления ЖК-индикатора справа и обеспечивающий переключение режима «Суша/Море», система адаптирована к очкам ночного видения и имеет встроенные средства контроля собственной исправности и контроль исправности доплеровского измерителя составляющих вектора путевой скорости.
На фиг. 1 представлена блок-схема системы измерения и отображения составляющих вектора путевой скорости и угла сноса для вертолета.
На фиг. 2 показан ЖК-экран индикатора составляющих вектора путевой скорости и угла сноса.
На фиг. 3 показан информационный кадр индикатора составляющих вектора путевой скорости и угла сноса «УКАЗАТЕЛЬ МАЛЫХ СКОРОСТЕЙ».
На фиг. 4 показан информационный кадр индикатора составляющих вектора путевой скорости и угла сноса «УКАЗАТЕЛЬ СНОСА ПУТЕВОЙ СКОРОСТИ».
Система измерения и отображения составляющих вектора путевой скорости и угла сноса для вертолета содержит:
1 - доплеровский измеритель составляющих вектора путевой скорости (ДИСС);
2 - первый индикатор составляющих вектора путевой скорости и угла сноса;
3 - второй индикатор составляющих вектора путевой скорости и угла сноса;
4 - бортовое радиоэлектронное оборудование (БРЭО);
5 - первая кодовая линия связи;
6 - вторая кодовая линия связи;
7 - третья кодовая линия связи;
8 - элемент управления яркостью;
9 - элемент управления режимами.
Система измерения и отображения составляющих вектора путевой скорости и угла сноса для вертолета предназначена для автоматического непрерывного измерения и отображения экипажу, независимо от оптической видимости, времени года и подстилающей поверхности, составляющих вектора путевой скорости, значения модуля путевой скорости и угла сноса.
Система осуществляет:
- автоматическое измерение трех взаимно перпендикулярных составляющих вектора путевой скорости движения вертолета;
- вычисление модуля путевой скорости и угла сноса;
- формирование и отображение экипажу информации о составляющих вектора путевой скорости, модуле путевой скорости и угле сноса, режимах работы и исправности доплеровского измерителя составляющих вектора путевой скорости и угла сноса;
- выдачу информации в сопрягаемые системы (например, в автопилот, систему навигации, бортовую многофункциональную систему и д.р.);
- контроль собственной исправности.
X
Y
Z
Доплеровский измеритель составляющих вектора путевой скорости 1 представляет собой моноблочное изделие (приемопередатчик, совмещенный с многолучевой антенной), предназначенное для измерения составляющих вектора путевой скорости в системе координат, связанной с вертолетом (W, W, W) и выдачу этой информации в цифровом виде потребителям.
Первый индикатор составляющих вектора путевой скорости и угла сноса 2 представляет собой моноблочное изделие, содержащее ЖК-индикатор со встроенным процессором и блоком формирования изображения, а также элементы управления яркостью 8 и управления режимами работы 9, предназначенный для вычисления модуля путевой скорости и угла сноса, формирования изображения на цветном ЖК-экране и представления его первому пилоту, а также содержащее встроенные средства контроля собственной исправности и контроль исправности ДИСС 1.
Второй индикатор составляющих вектора путевой скорости и угла сноса 3 представляет собой моноблочное изделие, содержащее ЖК-индикатор со встроенным процессором и блоком формирования изображения, а также элементы управления яркостью 8 и режимами работы 9, предназначенный для вычисления модуля путевой скорости и угла сноса, формирования изображения на цветном ЖК-экране и представления его второму пилоту, а также содержащее встроенные средства контроля собственной исправности.
Бортовое радиоэлектронное оборудование 4 включает в свой состав навигационную систему, систему воздушных сигналов, многоканальную систему регистрации полетной информации, оптико-электронную систему и т.д.
Первая кодовая линия связи 5 служит для сопряжения ДИСС 1 с первым 2 и вторым 3 индикаторами составляющих вектора путевой скорости и угла сноса.
Вторая кодовая линия связи 6 служит для сопряжения первого 2 и второго 3 индикаторов с БРЭО 4.
Третья кодовая линия связи 7 служит для сопряжения ДИСС 1 с БРЭО 4.
Элемент управления яркостью 8 представляет собой многофункциональную кремальеру, размещенную внизу обрамления ЖК-индикатора слева, как у первого 2, так и у второго 3 и обеспечивает регулировку яркости экрана ЖК-индикатора от минимального до максимального значений при вращении ее против или по часовой стрелке соответственно, что обеспечивает оптимальную яркость экрана при различных условиях внешней засветки. Нажатие на торец кремальеры обеспечивает переключение режимов регулировки яркости «День/Ночь», обеспечивая оптимальный динамический диапазон регулировок яркости в этих условиях
Элемент управления режимами работы 9 представляет собой многофункциональную кремальеру, размещенную внизу обрамления ЖК-индикатора справа, как у первого 2, так и у второго 3, и обеспечивает переключение режимов работы ДИСС 1 «Суша/Море» первым индикатором 2, обеспечивая оптимальный режим работы измерителя ДИСС 1 при работе над сушей или морем.
Система работает следующим образом.
В работе ДИСС 1 используется принцип частотной/амплитудной гармонической модуляции (FM/CW), который обеспечивает соответствие техническим требованиям при предельных характеристиках пространственного положения, высоты, положения относительно поверхности Земли, метеоусловиях. ДИСС 1 имеет большую действующую апертуру многолучевой антенны и обеспечивает более высокую точность слежения и мгновенное обнаружение сигнала, а за счет использования методов цифровой обработки в первом индикаторе 2 в сопрягаемое оборудование выдаются цифровые сигналы, вычисленные по формулам:
модуль путевой скорости W:
угол сноса УС:
Повторное обнаружение сигналов происходит очень быстро (обычно за 0,04 с) и период наблюдения оптимизируется для режима движения с малой скоростью и висения.
X
Y
Z
Приемопередатчик ДИСС 1 обеспечивает измерение составляющих вектора путевой скорости W, W, W по трем осям в системе координат, связанной с вертолетом, и выдачу цифровой информации в первый индикатор 2 и второй индикатор 3 по первой КЛС 5, а также прием информации по третьей КЛС 7 от БРЭО 4.
Встроенные блоки формирования изображения первого 2 и второго 3 индикаторов формируют изображения на цветном ЖК-экране для представления информации о малых скоростях, путевой скорости и угле сноса первому и второму пилоту соответственно.
Яркость ЖК-экранов первого 2 и второго 3 индикаторов от минимального до максимального значений регулируется с помощью элементов управления яркостью 8. Переключение режимов регулировки яркости «День/Ночь» осуществляется по нажатию на торец элемента управления яркостью 8 (левая кремальера).
Переключение режима работы ДИСС 1 «Вода/Суша» осуществляется с помощью элементов управления режимами 9 (правой кремальерой) первого индикатора 2. Один из режимов работы фиг. 3 всегда отображается на информационном кадре ЖК-экрана как первого индикатора 2, так и второго индикатора 3.
Первый 2 и второй 3 индикаторы отображают информацию на двух кадрах: «УКАЗАТЕЛЬ МАЛЫХ СКОРОСТЕЙ» (фиг. 3) и «УКАЗАТЕЛЬ СНОСА ПУТЕВОЙ СКОРОСТИ» (фиг. 4). Переключение кадров осуществляется, путем нажатия на торец элемента управления режимами работы 9, а также автоматически. Тем самым исключается возможность рассеивания внимания пилота, т.к. нет необходимости переключать внимание на другой индикатор. Автоматическое переключение кадров происходит по условиям (с гистерезисом):
если Wx≥52 км/час, то отображается кадр «Указатель сноса путевой скорости»,
если Wx≤48 км/час, то отображается кадр «Указатель малых скоростей»,
при 48<Wx<52 - сохраняется отображение текущего кадра,
где Wx - измеряемая продольная составляющая путевой скорости.
Первый 2 и второй 3 индикаторы адаптированы для обеспечения работы пилота в очках ночного видения, что не требует внешней светотехнической арматуры подсвета.
С помощью первого 2 и второго 3 индикаторов осуществляется встроенный автоматический контроль собственной исправности и расширенный контроль ДИСС 1. Тем самым отпадает необходимость дополнительного пульта контроля, как в прототипе.
Информация об исправности первого 2 и второго 3 индикаторов и ДИСС 1, а также о режимах работы ДИСС 1 отображается на ЖК-экранах индикаторов.
Также, благодаря дублированию отображающей информации, за счет введения двух индикаторов (правого и левого), второй пилот следит за скоростью, движением вертолета и управляет режимами работы ДИСС 1 со своего места, не отвлекая внимания основного пилота.
Первый 2 и второй 3 индикаторы по первой КЛС 5 взаимодействуют с ДИСС 1, а по второй КЛС 6 с БРЭО 4 (ARINC 429).
Таким образом, предложенная структура системы обеспечивает по сравнению с прототипом:
- малую массу (10 кг против 60 кг);
- уменьшение погрешности измерения и расширение диапазона измерения составляющих вектора путевой скорости и соответственно путевой скорости и угла сноса за счет применения доплеровского измерителя составляющих вектора путевой скорости и угла сноса, имеющего многолучевую антенну с большей апертурой, и цифровой выход,
- передачу информации в БРЭО и между блоками системы по кодовым линиям связи (ARINC 429),
- повышенную надежность, за счет применения современной элементной базы, позволяющей добиться высокой интеграции оборудования,
- адаптацию к очкам ночного видения,
- контроль собственной исправности,
- низкое энергопотребление (145 Вт против 283 Вт).