СИСТЕМА ИНДИКАЦИИ ВЫСОТЫ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА (ЛА) НАД ПОРОГОМ ВЗЛЕТНО - ПОСАДОЧНОЙ ПОЛОСЫ (ВПП)
SYSTEM OF AIRCRAFT (AC) ALTITUDE ABOVE TAKE-OFF RUNWAY (TRW) THRESHOLD INDICATION

Изобретение относится к светотехнике, в частности к светосигнальным системам посадки, предназначенным для визуальной индикации высоты пересечения порога ВПП в процессе совершения посадки летательного аппарата в ночное время, в сумерках и сложных метеоусловиях.
Известны требования Международного стандарта ИКАО к запасу высоты колес шасси над порогом ВПП [1] (Приложение 14 к Конвенции о международной гражданской авиации. Аэродромы. - Том I. - Проектирование и эксплуатация аэродромов. Издание четвертое. - М.: Авиаиздат, 2004. - 272 с. - Глава 5, Таблица 5-2, Стр.5-36), в которых, в зависимости от вертикального расстояния между уровнем глаз пилота и колесами шасси для конкретных типов ЛА, приведены значения желательного и минимального запасов высоты колес шасси над порогом ВПП при его пресечении.
Известна система визуальной посадки типа T-VASIS [2] (Басов Ю.Г. Светосигнальные устройства. - М.: Транспорт, 1993. - Стр.142), которая состоит из 20 глиссадных огней, симметрично расположенных относительно оси ВПП. Система обеспечивает (создает) при посадке дискретную ИНФОРМАЦИЮ (индикацию) о нахождении ЛА в одной из световых зон. При пресечении порога ВПП пилот ЛА может определить, в какой из четырех зон с высотой (13…17) м, (17…22) м, (22…28) м или (28…54) м над порогом ВПП находится ЛА ([1] Стр.5-29).
Недостатками данной системы являются: дискретность и невысокая точность индикации высоты пересечения порога ВПП, а также невысокая эргономичность системы из-за расположения огней сбоку от ВПП за пределами области резкого изображения (6-8°) зрительного анализатора человека [3] (Сомов Е.Е. Офтальмоэргономика операторской деятельности летного состава. - СПб.: Политехника, 1992. - Стр.51), а также конструктивная сложность системы.
Известна система визуальной посадки типа PAPI [2] (Басов Ю.Г. Светосигнальные устройства. - М.: Транспорт, 1993. - Стр.144), которая состоит из 4-х огней, расположенных с левой стороны от боковой границы ВПП перпендикулярно ее продольной оси, в виде огней фланговых горизонтов. Система PAPI формирует 3 световые зоны, отличающиеся цветом и количеством огней каждого цвета, по которым пилот определяет нахождение ЛА в определенной зоне с угловыми размерами 2°30'…2°50', 2°50'…3°10' и 3°10'…3°30'. При пересечении порога ВПП пилот ЛА получает визуальную индикацию о нахождении ЛА в одной из 3-х зон с высотой (13…15) м, (15…17) м или (17…19) м над порогом ВПП.
Недостатками известной системы визуальной посадки типа PAPI [2] являются дискретность информации о высоте ЛА над порогом ВПП и ограниченный диапазон индикации высоты пересечения порога ВПП, что не в полной мере согласуется с рекомендациями ИКАО для высоты пересечения порога ВПП различными типами ЛА. Кроме того, недостатком системы типа PAPI [2] является невысокая эргономичность обозначения высоты над порогом ВПП из-за расположения ее сбоку от ВПП за пределами области резкого изображения (6-8°) зрительного анализатора человека [3] (Сомов Е.Е. Офтальмоэргономика операторской деятельности летного состава. - СПб.: Политехника, 1992. - Стр.51), что отвлекает внимание пилота от визуальной ориентации вдоль оси ВПП, на которой расположена разметка и (или) световые индикаторы зоны приземления.
Целью изобретения является обеспечение визуальной информации о высоте летательного аппарата над порогом взлетно-посадочной полосы (ВПП) на завершающем этапе посадки, повышение точности и расширение диапазона индикации высоты пересечения порога ВПП, а также устранение дискретности индикации и повышение эргономичности визуальной системы.
Поставленная цель достигается применением известного технического решения, а именно системы ориентации движущегося объекта относительно оси взлетно-посадочной полосы (ВПП) [4] (патент РФ №2434791, кл. B64F 1/18, G08G 5/02, 2010), в которой два лазерных излучателя установлены в начале ВПП в "одной точке" на оси ВПП с одинаковым углом наклона лазерных лучей к плоскости ВПП, при этом лучи лазерных излучателей симметрично разведены относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось ВПП под небольшими (до 5 градусов) равными углами.
Сущность изобретения на применение по новому назначению известного технического решения, а именно "Системы ориентации движущегося объекта относительно оси взлетно-посадочной полосы (ВПП)" (патент РФ №2434791, кл. B64F 1/18, G08G 5/02, 2010), для целей индикации высоты летательного аппарата (ЛА) над порогом взлетно-посадочной полосы (ВПП) в процессе посадки поясняет фиг.1, фиг.2 и фиг.3 (а, б, в).
На фиг.1-2 приведена схема расположения лазерных излучателей относительно плоскости ВПП и направление лазерных лучей в пространстве. На фиг.3 (а, б, в) показаны проекции лазерных лучей на фронтальную плоскость, зрительно воспринимаемые пилотом при различных высотах ЛА в момент пересечения порога ВПП.
и
1
2
i
На фиг.1, фиг.2 и фиг.3 (а, б, в) приняты следующие обозначения: 1 - первый лазерный излучатель; 2 - второй лазерный излучатель; h - высота установки лазерных излучателей; 3 - луч первого излучателя; 4 - луч второго излучателя; 5 - плоскость ВПП; Θ - угол наклона плоскости расположения лазерных лучей к плоскости ВПП; 6 - летательный аппарат; 7 - порог ВПП; H  - заданная высота пересечения порога ВПП для ЛА i-типа; 8 - геометрическая продольная ось ВПП; 9 - продольные границы ВПП; γ, γ - углы лазерных лучей относительно осевой вертикальной плоскости; L - длина ВПП.
1
2
Кроме того, на фиг.3 (а, б, в) дополнительно имеются следующие обозначения: 10 - проекция на плоскость визирования первого (левого) лазерного луча, зрительно воспринимаемая пилотом ЛА; 11 - проекция на плоскость визирования второго (правого) лазерного луча, зрительно воспринимаемая пилотом ЛА; 12 - вертикаль, проходящая через точку установки лазерных излучателей; 13 - горизонталь, проходящая через точку установки лазерных излучателей; α - угол между проекцией левого лазерного луча на фронтальную плоскость и горизонталью 13; α - угол между проекцией правого лазерного луча на фронтальную плоскость и горизонталью 13;
1
2
1
2
Как видно из фиг.1-2, лазерные излучатели 1 и 2 установлены вблизи конца ВПП за ее пределами на высоте h (h не более 0.5 м). Лучи лазерных излучателей 1 и 2 направлены под углом Θ к плоскости ВПП 5 и разведены симметрично относительно осевой вертикальной плоскости на равные углы γ и γ (γ=γ).
Угол наклона лазерных лучей к плоскости ВПП Θ в соответствии с известным техническим решением (патент РФ №2434791, кл. B64F 1/18, G08G 5/02, 2010) должен быть меньше угла траектории снижения ЛА, то есть меньше 2,5…3 градусов.
Для индикации высоты пересечения порога ВПП по предлагаемому техническому решению необходимо, чтобы лучи 3 и 4 пересекали порог ВПП либо на стандартной высоте (15 м), либо перед посадкой ЛА устанавливались на высоте, соответствующей нормам ИКАО или иным стандартами и технической характеристике ЛА, выполняющего посадку. Нетрудно посчитать, что данное условие не ограничивает применение предлагаемого технического решения (патент РФ №2434791, кл. B64F 1/18, G08G 5/02, 2010), даже при минимальной длине ВПП, равной 800 м, и высоте пересечения порога ВПП - 15 м, угол для индикации высоты летательного аппарата (ЛА) над порогом ВПП Θ будет около одного градуса.
и
i
Для точной посадки конкретных типов ЛА угол наклона плоскости расположения лазерных лучей к плоскости ВПП Θ выбирается из расчета заданной высоты пересечения порога ВПП для конкретного типа ЛА (Н ) с учетом длины (L) ВПП из очевидного соотношения:
и
i
Θ=arctg Н /L.
Такое расположение лучей позволяет пилоту ЛА ночью, в сумерках и сложных метеоусловиях при совершении посадки в момент пересечения порога ВПП видеть проекции лазерных лучей на фронтальную плоскость в виде линейных ориентиров 10 и 11 (фиг.3 а, б, в).
На фиг.3 (а, б, в) схематично показаны три варианта проекций лазерных лучей на плоскость визирования, зрительно воспринимаемых пилотом ЛА в момент пересечения порога ВПП:
а - ЛА пересекает порог ВПП выше заданной высоты;
б - ЛА пересекает порог ВПП на заданной высоте;
в - ЛА пересекает порог ВПП ниже заданной высоты.
1
2
По виду линейных ориентиров 10 и 11 (фиг.3 а, б, в), образованных лучами 3 и 4, пилот определяет положение ЛА в момент пересечения порога ВПП, то есть пересечение порога прошло на заданной высоте (фиг.3б), выше (фиг.3а) расчетной высоты или ниже (фиг.3б) расчетной высоты пересечения порога ВПП. По величине углов α и α пилот оценивает высоту, на которую отклонился ЛА. Возможность управления направлением лазерных лучей в пространстве позволяет устанавливать лазерные излучатели для любой ВПП на высоте, соответствующей техническим характеристикам ЛА, выполняющего посадку и рекомендациям стандартов. Управление оптическими и пространственными параметрами лучей выполняется по заранее заданному алгоритму с помощью функционально связанного контроллера и блока управления.
Возможность управления оптическими и пространственными параметрами лучей по заранее заданному алгоритму с помощью функционально связанного контроллера и блока управления позволяет адаптировать видимость правого и левого лучей при изменении фона, метеоусловий, времени года, внешних засветок и т.п, а также передавать информацию об изменении алгоритма посадки в случае возникновения нештатной ситуации.
1
2
Возможность управления направлением лазерных лучей в пространстве позволяет для конкретных категорий ВПП и типов ЛА оптимизировать величину углов разведения (γ и γ) лазерных лучей относительно осевой вертикальной плоскости с целью улучшения видимости лучей при изменении метеовидимости.
Возможность амплитудной модуляции мощности излучения позволяет улучшать видимость лучей при изменении погодных условий или освещенности путем увеличения мощности излучателей и (или) путем импульсной модуляции, параметры которой могут нести дополнительную информацию с указанием о необходимости изменения режима посадки.
Возможность изменения спектрального состава (цвета) излучения, например, в область более коротких длин волн позволяет улучшить видимость лучей в условиях особо высокой метеовидимости при малом количестве рассеивающих частиц в атмосфере, а изменения спектрального состава в область более длинных длин волн - в условиях плохой метеовидимости (высокой степени рассеивания оптического излучения).
Практическая проверка обоснованности применения известной "Системы ориентации движущегося объекта относительно оси взлетно-посадочной полосы (ВПП)" по новому назначению - в качестве визуальной системы индикации высоты ЛА над порогом взлетно-посадочной полосы (ВПП) дала положительные результаты. При испытании системы подтверждена информационность известного устройства в части индикации высоты ЛА над порогом взлетно-посадочной полосы (ВПП).
Литература
1. Приложение 14 к Конвенции о международной гражданской авиации. Аэродромы. - Том I. - Проектирование и эксплуатация аэродромов. Издание четвертое. - М.: Авиаиздат, 2004. - 272 с.
2. Басов Ю.Г. Светосигнальные устройства. - М.: Транспорт, 1993. - 309 с.
3. Сомов Е.Е. Офтальмоэргономика операторской деятельности летного состава. - СПб.: Политехника, 1992. - 151 с.
4. Патент РФ №2434791, кл. B64F 1/18, G08G 5/02, 2010.