Индикатор истинной вертикали и вертикального перемещения

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., Ю.Г. Басов, 1993, Светосигнальные устройства, Москва, Транспорт, 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 двухразрядного цифрового индикатора значений крена и двух сигнализаторов - сигнализатора направления крена влево и сигнализатора направления крена вправо; блок индикации дифферента и вертикального перемещения с встроенными в него пяти сигнализаторов - сигнализаторов движения палубы вниз, вверх, запрета посадки, направления дифферента вверх и вниз, и одноразрядного цифрового индикатора 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 важным недостатком данного устройства состоит в отсутствии внекабинной световой индикации, необходимой летчику для определения положения вертолета в земной системе координат, т.е. отсутствие индикации истинного горизонта или истинной вертикали. Отсутствие такой индикации при ночной посадке в сложных метеоусловиях (СМУ), как правило, вызывает у летчиков иллюзию, которая приводят к раскачке вертолета и соответственно к летным происшествиям или к катастрофам.
Известны технические решения, в которых предлагаются способы и средства информационного обеспечения летчика при посадке на корабельную ВППл, например, 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 G09G03/20, 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 является 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 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, и повышения информативности индикатора вертикального перемещения ВППл за счет введения индикации прогнозируемых значений впадины при движении ВППл вниз и вершины при движении ВППл вверх, что позволяет летчику определять время, остающееся у него до причаливания.
Технический результат достигается тем, что индикатор истинной вертикали и вертикального перемещения, содержащий: экран светодиодный цветной с пиксельной структурой матрицы, в информационное поле которого встроены: в верхней части экрана информационное поле шкалы индикации бортовой качки, информационное поле индикатора направления и величины вертикального перемещения центра ВППл с встроенными в него символом индикации текущего значения высоты центра ВППл при его движении вниз и символом индикации текущего значения высоты центра ВППл при его движении вверх, 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, и с другой - к экрану светодиодному цветному и в вычислительный блок которого, встроены программно-вычислительные модули: модуль задания уровней яркости светодиодов светового экрана, модуль формирования символа индикации текущего положения центра ВППл по высоте при движении ВППл вниз и управления его положением по высоте, модуль формирования символа индикации текущего положения центра ВППл по высоте при движении ВППл вверх и управления его положением по высоте, модуль формирования шкалы индикатора бортовой качки, модуль вычисления амплитуды вертикального перемещения центра ВППл при движении вниз или вверх, а также экран и пульт подключены к источникам электропитания, кроме того дополнительно введена световая планка ориентации летчика в пространстве при посадке на корабельную ВППл выполненная в виде световой планки указателя истинной вертикали, расположенная на информационном поле экрана вертикально и для ее формирования и управления угловым положением в вычислительный блок пульта введены программно-вычислительные модули: модуль формирования световой планки указателя истинной вертикали, модуль преобразования информации, поступающей от навигационной системы, в сигналы управления угловым положением световой планки указателя истинной вертикали, в информационное поле индикатора направления и величины вертикального перемещения центра ВППл встроены: световая линия индикации прогнозируемого положения впадины волны, включаемой при движении центра ВППл вниз, световая линия индикации прогнозируемого положения вершины волны, включаемой при движении центра ВППл вверх, в вычислительный блок пульта введены программно-вычислительные модули: модуль формирования световой линии индикации прогнозируемого значения впадины волны, модуль формирования световой линии индикации прогнозируемого значения вершины волны.
В информационное поле экрана в нижней его части дополнительно встроено информационное поле шкалы индикации бортовой качки и шкала индикатора бортовой качки, а в вычислительный блок пульта введен программно-вычислительный модуль формирования шкалы нижней шкалы индикатора бортовой качки.
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 индикатора истинной вертикали и вертикального перемещения (ИИВВП).
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 вниз.
На фиг. 4 показана схема расположения информационных полей индикатора и их элементов при наклоне корабля вправо и движении ВППл вверх.
На фиг. 5 показана схема расположения информационных полей индикатора и символов индикации текущего значения высоты центра ВППл при его движении вниз и вверх в диапазоне допустимых высот перемещения независимо от направления этого перемещения. Обозначения к фигурам:
1. Экран светодиодный цветной;
1.1. Информационное поле экрана;
1.1.1. 1.1.1а. Информационные поля шкал индикаторов бортовой качки 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;
1.1.3. Информационное поле индикатора вертикального перемещения центра ВППл;
1.1.3.1. Символ индикации текущего значения высоты центра ВППл при движении вниз;
1.1.3.2. Символ индикации текущего значения высоты центра ВППл при движении вверх;
1.1.3.3. Световая линия индикации прогнозируемого положения вершины волны;
1.1.3.4. Световая линия индикации прогнозируемого положения впадины волны;
1.2. Блок управления и регулировки яркости светодиодов;
2. Пульт управления 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 символа индикации текущего положения центра ВППл по высоте при движении ВППл вниз и управления его положением по высоте;
2.1.1.5. Модуль формирования световой линии индикации прогнозируемого значения впадины волны;
2.1.1.6. Модуль формирования символа индикации текущего положения центра ВППл по высоте при движении ВППл вверх и управления его положением по высоте;
2.1.1.7. Модуль формирования световой линии индикации прогнозируемого значения вершины волны;
2.1.1.8. Модуль задания уровней яркости светодиодов;
2.1.1.9. Модуль формирования информационного поля индикатора вертикального перемещения центра ВППл;
3. Корабельная навигационная система (не входит в состав индикатора;
4. Источник электропитания (не входит в состав индикатора); Индикатор работает следующим образом.
Индикатор состоит из экрана светодиодного цветного 1 и пульта управления 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. Пульт 2 и ЭСЦ 1 и пульт и корабельная навигационная система 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 с учетом ограничений, которые заданы исходно в виде размеров и формы информационных полей 1.1.1, 1.1.1а, 1.1.2, 1.1.3 и формы и цвета символов индикации текущего положения центра ВППл по высоте 1.1.3.1 и 1.1.3.2 и световых линий индикации прогнозируемых значений вершины и впадины волны колебаний центра ВППл по высоте 1.1.3.3 и 1.1.3.4. Все вышеперечисленные элементы индикации задаются программно-вычислительными модулями 2.1.1.1, 2.1.1.1а, 2.1.1.2, 2.1.1.4, 2.1.1.5, 2.1.1.6, 2.1.1.7, 2.1.1.8, 2.1.1.9 блока программно-вычислительных модулей 2.1.1, заложенными в вычислительном блоке 2.1 пульта 2.
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, символы направления движения центра ВППл 1.1.3.1 и 1.1.3.2 выключаются, символы индикации вершины 1.1.3.3 и впадины 1.1.3.2 волны движения центра ВППЛ сближаются к центру индикатора и остаются включенными.
При наличии бортовой качки от навигационной системы 3 поступают сигналы о ее величине, которые модулем 2.1.1.3 в вычислительном блоке 2.1 преобразовываются в сигналы управления световой планки указателя истинной вертикали 1.1.2 и планка отклоняется в сторону, противоположную направлению качки, сохраняя тем самым для летчика вертикальное положение.
При качке только по дифференту экран 1 и планка 1.1.2 сохраняют вертикальное положение, но при этом начинают работать программно-вычислительный модуль 2.1.1.4 формирования и управления символом 1.1.3.1 индикации текущего значения высоты центра ВППл при движении вниз и модуль 2.1.1.4 формирования и управления световой линией 1.1.3.4 индикации прогнозируемого положения впадины волны при движении ВППл вниз и соответственно программно-вычислительный модуль 2.1.1.6 формирования и управления символом 1.1.3.2 индикации текущего значения высоты центра ВППл при движении вверх и модуль 2.1.1.6 формирования и управления световой линией 1.1.3.3 индикации прогнозируемого положения вершины волны при движении ВППл вверх. Положение линий прогнозируемых величин впадины и вершины волны перемещения центра ВППл вычисляется по специальным алгоритмам.
При бортовой, продольной и вертикальной качках к работе подключаются программно-вычислительные модули 2.1.1. с помощью которых, определяется положение центра ВППл с учетом места расположения центра ВППл на палубе корабля и параметров качки, задаваемых навигационной корабельной системой 3.
При величинах вертикальной качки в пределах, допустимых для конкретного типа вертолета независимо от направления качки метки индикации вершины 1.1.3.3 и впадины 1.1.3.4 волны устанавливаются у центра информационного поля индикатора вертикального перемещения 1.1.3. Символы направления движения центра ВППл 1.1.3.1 и 1.1.3.2 выключаются.
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 направлению его движения.
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 ИИВВП.