АВИАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СПАСАТЕЛЬНЫХ РАБОТ
AIRCRAFT SYSTEM OF RESCUE OPERATIONS SUPPORT

Предлагаемое изобретение относится к авиационным системам и комплексам обеспечения спасательных работ, применяемым для спасения людей при пожарах в высотных зданиях, в зонах землетрясений, техногенных аварий и катастроф.
В числе основных проблем при создании средств обеспечения спасательных работ следует отметить следующие:
- обеспечение доступа к пострадавшим, эффективности и безопасности проведения спасательных работ в экстремальных условиях;
- повышение производительности спасательных работ с сокращением времени на подготовительные операции;
- снижение стоимости выполнения спасательных работ;
- сокращение числа человеческих потерь в зонах проведения спасательных работ.
Известны несколько подходов к решению данных проблем.
Спасательное устройство, содержащее трос, одним концом прикрепленный к объекту, находящемуся в аварийной ситуации, а другим - к опоре на земле. На тросе размещен тормозной механизм. Спасаемый с объекта человек надевает спасательный пояс и покидает зону аварии (пожара). Под действием массы человека бегунок этого устройства скользит по спасательному тросу к земле. Для предотвращения удара человека о землю либо о предмет, за который закреплен второй конец спасательного троса, второй бегунок с помощью тормозного троса поднимается вверх по спасательному тросу на некоторое расстояние от земли. Второй конец тормозного троса держат несколько человек. Самортизировав удар движущегося к земле человека после соприкосновения бегунков, люди, держащие тормозной трос, плавно опускают спасаемого человека на землю. (Патент Франции №2035664, кл. А62В 1/00, 1971 г.)
Из целого ряда недостатков, при кажущейся простоте данного устройства, выделяется основной - сложность, ненадежность, а иногда и невозможность доставки и закрепления троса в конструкции аварийного объекта. Для начала работы данного устройства необходимо привлекать дополнительную технику, в том числе авиационную.
Известно также устройство для доставки бросательных концов при спасении на пожаре, содержащее воздушный шар, управляемый установленной на поверхности земли лебедкой с канатом, который имеет регулировочную катушку со стопором и запасованным на ее барабане тросом, а также монтажную рамку, закрепленную на корпусе катушки, причем свободный конец троса прикреплен к воздушному шару, а свободный конец каната и бросательные концы - к монтажной рамке. Кроме того, устройство имеет минимум одну катушку с пиротехническим стопором, на барабане которой запасован один из бросательных концов, а канат выполнен в виде электрического кабеля, подключенного к источнику питания и пиротехническому стопору. (Авторское свидетельство СССР №931195, МПК А62В 1/18, 19.05.80.)
Визуальный контроль и управление данным устройством с земли, использование аэростатического средства в качестве грузоподъемного устройства не обеспечивают необходимую точность доставки бросательных концов при спасении на пожаре, увеличивая временной цикл подготовки к непосредственному спасению людей.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ спасения людей с помощью винтокрылого летательного аппарата и винтокрылый летательный аппарат. (Патент РФ №2132799, В64С 27/00, 28.01.98.)
В данном техническом решении для спасения людей из высотного здания используется винтокрылый летательный аппарат, который осуществляет подлет к вертикальной стене здания выше места нахождения пострадавших. Его жестко закрепляют на стене, останавливают его воздушные винты, пострадавших закрепляют на тросе лебедки, установленной на корпусе летательного аппарата, и транспортируют лебедкой в безопасное место. На корпусе летательного аппарата установлены выдвигаемое причальное устройство, а в нижней части корпуса - жесткие воздушные винты с оградительными устройствами, носовая часть кабины снабжена откидывающейся дверью для выхода спасателя, на верхней части корпуса установлено пиротехническое устройство для дистанционного разрушения стекол зданий, а по бортам установлены лебедки с тросами.
Недостатками данного технического решения являются:
во-первых, подлет аппарата к стене здания выше места нахождения пострадавших, где бушует пожар. В этом случае огонь и дым стремятся вверх, т.е. в зону нахождения аппарата. Это усложняет его пилотирование, причаливание и ведет к негативным последствиям нахождения аппарата с экипажем на его борту в задымленной высокотемпературной зоне. Конструкция аппарата коробится, теряет прочность и становится неработоспособной.
Во-вторых, консольное крепление аппарата значительной массы в перегретых пожаром перекрытиях ведет к неоправданному риску утери аппарата вместе с его экипажем из 2-х человек, так как он в этом случае является потенциально опасным объектом обрушения вниз со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание таких спасательных средств, которые при своей минимально возможной массе могли бы быть быстро доставлены и надежно закреплены на любом этаже высотного здания, обеспечивая безопасную эвакуацию пострадавших или подъем спасателей на терпящий бедствие этаж здания.
Кроме того, ставится задача создания таких средств доставки спасательного оборудования в зону бедствия, которые могли бы в полуавтоматическом режиме по своим навигационным данным и данным с пилотируемого летательного аппарата, при непрерывном приборно-визуальном контроле с возможностью внесения поправок, быть наведены в нужное место зоны бедствия и надежно зафиксированы в аварийном объекте, причем само средство, доставившее спасательное оборудование, зону его закрепления должно покинуть по команде до начала проведения спасательной операции с целью сокращения риска ее проведения.
Третьей задачей изобретения является обеспечение высокопроизводительного проведения спасательных работ с сокращением времени на выполнение подготовительных операций (в том числе на земле).
Четвертой задачей изобретения является возможность получения системы обеспечения выполнения спасательных работ, с минимальным привлечением существующих наземных средств спасения, со снижением стоимости выполнения операций и людских потерь.
Поставленные технические задачи решаются в результате того, что авиационная система обеспечения спасательных работ образована группой летательных аппаратов вертикального взлета и посадки с возможностью зависания, в составе которой - пилотируемый аппарат с туннельными воздушными винтами и одна, две, три и более беспилотные «летающие платформы» с закрепленным на каждой из них отделяемым спасательным оборудованием, причем каждая из «летающих платформ» оснащена аппаратурой самонаведения, причаливания и самофиксации к аварийному объекту, с устройствами отсоединения от доставленного спасательного оборудования и возможностью покидания зоны бедствия, при этом пилотируемый аппарат-носитель «летающих платформ» оснащен средствами обнаружения и маркирования предполагаемых мест самофиксации «летающих платформ» и обеспечен устройствами их крепления, штатного и экстренного отделения от своего борта, а также обеспечен аппаратурой управления и контроля работой всей авиационной системы в ручном и автоматизированном режимах.
Частными существенными признаками изобретения являются следующие.
При пожарах в высотных зданиях для доставки средств спасения терпящим бедствие людям используется группа летательных аппаратов вертикального взлета и посадки с возможностью их зависания. Пилотируемый аппарат с туннельными воздушными винтами, наделенный возможностями подхода на близкое расстояние к аварийному объекту с целью его обследования, маркирования мест установки спасательного оборудования и управления всеми техническими средствами спасения на уровне высоты пожара. Он же оснащен приспособлениями для доставки в зону бедствия «летающих платформ» с отделяемым от них спасательным оборудованием и является командным пунктом эвакуации пострадавших людей из аварийного объекта.
«Летающие платформы» в количестве более трех оснащены аппаратурой самонаведения на принципе комплексирования инерциальных навигационных систем со спутниковыми навигационными и корреляционно-экстремальными системами навигации, они имеют устройства причаливания и самофиксации к аварийному объекту по сигналам маркерных радиосветомаяков, установленных с борта пилотируемого летательного аппарата. «Летающие платформы» имеют устройства отсоединения от доставленного спасательного оборудования с возможностью покидания зоны установки спасательного оборудования с целью обеспечения минимального риска для пострадавших и находящихся внизу здания людей в случае неудачного закрепления спасательного оборудования в аварийном объекте.
Эвакуация пострадавших людей из аварийного здания производится средствами минимальной массы на безопасное от пожара расстояние.
Обеспечиваемый технический результат заключается в интеграции возможностей пилотируемого и беспилотных летательных аппаратов вертикального взлета и посадки, их оборудования, систем и целевой нагрузки для создания единой системы обеспечения спасательных работ, недоступных для выполнения известными техническими средствами.
Заявляемая авиационная система обеспечения спасательных работ способна выполнять требуемые условия решаемых задач по быстрой и точной доставке спасательных средств в зону бедствия независимо от высоты ее нахождения с ее освобождением от выполнивших свою миссию «летающих платформ». Система может обеспечить высокопроизводительное проведение операций по спасению пострадавших с минимальным привлечением наземных средств спасения, со снижением стоимости выполнения операций и людских потерь.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 - общий вид авиационной системы обеспечения спасательных работ, прибывшей к месту действия;
- на фиг.2 - пилотируемый летательный аппарат с туннельными воздушными винтами вертикального взлета и посадки с закрепленной на его борту беспилотной «летающей платформой», несущей спасательное оборудование;
- на фиг.3 - размещение оборудования для управления и контроля работы авиационной системы на борту пилотируемого летательного аппарата;
- на фиг.4 - размещение оборудования автоматизированного управления и самонаведения на борту беспилотной «летающей платформы» и ее полезная нагрузка;
- на фиг.5 - вид спереди на беспилотную «летающую платформу» с ее полезной нагрузкой;
- на фиг.6 - вид сбоку на «летающую платформу» в момент ее причаливания к терпящему бедствие объекту;
- на фиг.7 - вид сверху на «летающую платформу» со спасательным оборудованием, закрепленную на терпящем бедствие объекте;
- на фиг.8 - вид сбоку на «летающую платформу» после закрепления ее на терпящем бедствие объекте;
- на фиг.9 - вариант размещения полезной нагрузки сверху «летающей платформы»;
- на фиг.10 - общий вид доставляемого к месту бедствия спасательного оборудования;
- на фиг.11 - вариант спасательного оборудования типа «корзина»;
- на фиг.12 - вариант спасательного оборудования типа «чулок».
На представленных фигурах использованы следующие обозначения:
1 - пилотируемый летательный аппарат с туннельными воздушными винтами вертикального взлета и посадки;
2 - беспилотная «летающая платформа»;
3 - доставляемое спасательное оборудование;
4 - аварийный объект (объект, терпящий бедствие);
5 - средства крепления «летающей платформы» к борту пилотируемого ЛА;
6 - средства штатного разделения пилотируемого ЛА и «летающей платформы»;
7 - средства экстренного отделения «летающей платформы» от борта пилотируемого ЛА;
8 - бортовой комплекс управления и контроля полетом беспилотных «летающих платформ»;
9 - блок видеокамер;
10 - линия передачи изображения;
11 - формирователь кадра;
12 - высотомер;
13 - спутниковая навигационная система типа GPS;
14 - блок памяти;
15 - портативный персональный компьютер;
16 - передатчик команд управления;
17 - приемник команд ручного управления и сигналов ориентации «летающей платформы»;
18 - устройство для дистанционной постановки маркерных радиосветомаяков;
19 - бортовой электронный комплекс самонаведения «летающей платформы»;
20 - датчик-видеомодуль самонаведения «летающей платформы»;
21 - бортовая система автоматического управления (САУ) «летающей платформой»;
22 - высотомер «летающей платформы»;
23 - дальномер «летающей платформы»;
24 - спутниковая радионавигационная система типа GPS «летающей платформы»;
25 - блок сервоприводов;
26 - исполнительные устройства;
27 - аппаратура формирования сигналов причаливания;
28 - датчики закрепления на аварийном объекте;
29 - датчики отделения от доставленного спасательного оборудования;
30 - раскладная рама;
31 - контейнер со спасательным оборудованием;
32 - каркас раскладной рамы;
33 - раскладные подкосы рамы;
34 - телескопические секции раскладной рамы (секции дистанционного разрушения стекол здания и крепления к нему);
35 - поворотные зацепы раскладной рамы;
36 - пиромеханизм раскладной рамы;
37 - пиромеханизм раскладной рамы;
38 - самотормозящиеся спасательные лебедки;
39 - тросы спасательных лебедок;
40 - автономные источники питания спасательных лебедок;
41 - набор спасательного оборудования для эвакуации пострадавших и терпящих бедствие людей;
42 - пирозамки, отделяющие раскладную раму от доставившей ее «летающей платформы»;
43 - амортизирующее причально-контактное устройство;
44 - радиосветомаяк;
45 - спасательное оборудование типа «корзина»;
46 - спасательное оборудование типа «чулок»;
47 - проем раскладной рамы.
Рассматриваемая авиационная система обеспечения спасательных работ (фиг.1) включает в себя пилотируемый летательный аппарат вертикального взлета и посадки 1 с возможностью его зависания, аналогичный аппарату «Д'Скутер» (Jane's Defence Weekly, 16/VII 2003, №2, v.40, p.10.) или аппарату «Аэроджип-01» (материалы 10-го Международного автосалона «Автоформула-2006», Россия, г. Ростов-на-Дону, ВЦ «Вертол-Экспо», летающая модель «Аэроджип-01», авторы - Ю.С.Воронков, О.Ю.Воронков, г.Таганрог).
Характеризуя аппарат Д'Скутер, можно отметить: аппарат содержит удобообтекаемый корпус, внутри которого размещена силовая установка, состоящая из трех вентиляторных двигателей (один подъемный в передней части и два подъемно-маршевых - в хвостовой). На верхней панели корпуса установлена кабина экипажа и П-образное оперение. Такой аппарат рассчитан на перевозку трех раненых или грузов массой до 270 кг. Он может транспортироваться на самолетах Локхид С-130 (в каждом самолете размещается три аппарата) и сбрасываться в полете.
Разрабатываемый авторами аппарат «Аэроджип-01» содержит аэродинамическое крыло малого удлинения, внутри которого размещена пара подъемно-маршевых вентиляторов в каналах, а на его верхней панели - кабина экипажа и двухкилевое вертикальное оперение, между которым установлена вторая пара подъемно-маршевых вентиляторов в каналах. Все четыре подъемно-маршевых вентилятора приводятся во вращение высокоэффективными электроприводами, обеспечиваемыми электроэнергией от двух газотурбогенераторов.
Продольное управление аппаратом осуществляется путем дифференциального изменения направления и величины векторов тяги пары передних и пары задних вентиляторов, поперечное - путем дифференциального изменения направления и величины векторов тяги боковых вентиляторов, расположенных справа и слева, а путевое - дифференциальным изменением направления и величины векторов тяги задних вентиляторов одновременно с отклонением рулей направления.
Система управления аппаратом позволяет управлять им как командными органами управления пилотом с рабочего места экипажа на простых траекториях полета, так и в автоматическом режиме полета сигналами бортовой системы автоматизированного управления во всех остальных конфигурациях полета, в том числе в процессе взлета, набора высоты, при заходе на посадку и при выполнении самой посадки, а также в процессе зависания при выполнении специальных операций.
При этом управление аппаратом обеспечивается путем реализации алгоритмов универсальных базовых синергетических законов взаимосвязанного управления его пространственным движением с учетом компоновочной схемы данного аппарата. (Колесников А.А., Мушенко А.С. Синергетическое управление процессами пространственного движения летательных аппаратов. «Авиакосмическое приборостроение», 2004 г., №2; Колесников А.А. Синергетические методы управления авиационными объектами и системами. «Авиакосмическое приборостроение», 2004 г., №8.)
Синергетические законы изменения режимов работы силовых установок обеспечивают в присутствии внешних возмущающих факторов координирующее управление векторами тяг с учетом естественных свойств летательного аппарата как нелинейного объекта механической природы.
При таком подходе к построению системы управления аппаратом в регуляторе формируется вектор управляющих воздействий с учетом всех переменных состояния системы, т.е. разбиения на отдельные контуры управления и построения изолированных следящих систем для каждого канала не производится. Это позволяет учесть динамические свойства математической модели летательного аппарата при аналитическом конструировании законов управления, что обеспечивает наибольшую адекватность системы управления физическому объекту (легкому летательному аппарату вертикального взлета и посадки «Аэроджип-01»).
В бортовой системе автоматического управления аппаратом такого типа, кроме реализации синергетических алгоритмов управления пространственным движением, решается в том числе задача оптимального распределения энергии между бортовыми источниками питания и силовыми установками.
Расчетные характеристики аппарата «Аэроджип-01»
Взлетная масса
m<sub>0</sub>=1200 кг
Масса экипажа 1 чел.
m<sub>э</sub>=100 кг
Масса пассажиров 3 чел. или груза
m<sub>ц</sub>=280 кг
Масса конструкции
m<sub>к</sub>=370 кг
Масса силовой установки
m<sub>су</sub>=200 кг
Масса топлива
m<sub>т</sub>=170 кг
Масса оборудования и управления
m<sub>оу</sub>=80 кг
Количество подъемно-маршевых силовых агрегатов
z=4
Количество оборотов подъемно-маршевых вентиляторов
n=5000 об/с
Располагаемая мощность силовой установки
N<sub>p</sub>=1200 л.с.
Потребная мощность силовой установки
N<sub>п</sub>=1080 л.с.
Предполагаемые газотурбогенераторы на базе ТВД-400 в
количестве 2 шт. или ГТД фирмы «Тесслер» в
количестве 4 шт.
В данную авиационную систему входят также беспилотные «летающие платформы» 2 вертикального взлета и посадки с возможностью их зависания, аналогичные беспилотному летательному аппарату (патент США №5150857 от 13 августа 1991 г., кл. В64С 39/06) или беспилотному летательному аппарату для доставки спасательных средств (материалы III Всероссийского открытого конкурса дипломных проектов студентов по специальности «Проектирование авиационной техники», 16 апреля 2001 г. МАИ, г.Москва, проект студента ТРТУ г.Таганрог Никитина А.В., руководитель Воронков Ю.С.).
Беспилотный летательный аппарат для доставки спасательных средств выполнен по аэродинамической схеме «винт в кольце» с соосными несущими винтами, приводимыми во вращение в данном случае высокоэффективным электродвигателем (на основе самариево-кобальтовых магнитов).
Полезная нагрузка аппарата представляет собой платформу со спасательными средствами, закрепляемую на «носителе» (система «винт в кольце»).
Выбранная схема обладает следующими преимуществами:
- на режимах вертикального полета и висения «кольцо» создает дополнительную подъемную силу, что значительно увеличивает относительный КПД системы;
- схема позволяет сделать аппарат компактным (оборудование и приборы обеспечения контроля и управления полетом, а также, в случае необходимости, дополнительная полезная нагрузка размещаются во внутренних отсеках «кольца»);
- схема обеспечивает достаточно высокий уровень безопасности (кольцо выполняет функцию буфера, защищая несущие винты от повреждений);
- аппарат имеет возможность работать в городской черте среди зданий, сооружений и между верхушками деревьев.
Для проектируемого аппарата в качестве основной задачи рассматривалась доставка спасательных средств при пожарах в высотных зданиях. Наиболее рациональным на то время являлось обеспечение энергией и управление аппаратом «с земли» посредством кабель-троса (т.е. аппарат был выполнен по привязной схеме). В настоящее время технический уровень развития науки и производства позволяет рассматривать вариант автоматического беспилотного летательного аппарата для доставки спасательных средств с использованием системы самонаведения.
Конструктивно аппарат представляет собой тороидальную оболочку («кольцо»), состоящую из композитной и металлической (съемной) частей. В центре «кольца» расположена мотогондола, которая стыкуется посредством четырех пилонов с «кольцом». В мотогондоле на силовой раме между несущими винтами расположен редукционно-силовой управляющий подузел, который совмещает в себе функции создания и передачи крутящих моментов на несущие винты, одновременно являясь частью системы управления. Он выполняет функции поверхности скольжения для тарелок автоматов перекоса (установленных на сферических подшипниках) при их продольном перемещении. Изменение положения тарелок автоматов перекоса осуществляется с помощью сервоприводов.
Аппарат оснащен трехопорным шасси для перемещения, стоянки, обеспечения посадки и фиксации при его транспортировке.
Управление аппаратом может осуществляться в ручном и автоматизированном режимах с мобильного командного пункта, расположенного на земле или на борту другого летательного аппарата. Назначение, конструкция и оборудование аппарата позволяют его использовать с небольшими доработками в качестве «летающей платформы» 2, способной нести спасательное оборудование 3 в зону бедствия 4.
Пилотируемый летательный аппарат вертикального взлета и посадки 1 (фиг.2) является носителем беспилотных «летающих платформ» 2 и оснащен средствами их крепления 5 к своему борту, а также имеет средства штатного разделения 6 и экстренного отделения (сброса) 7 «летающих платформ» 2 в случае возникновения чрезвычайных ситуаций в любом из компонентов данной авиационной системы и на любом из этапов полета аппаратов.
Пилотируемый летательный аппарат вертикального взлета и посадки 1 (фиг.2), кроме своего штатного бортового радиоэлектронного оборудования, систем и комплексов, содержит бортовой комплекс 8 управления и контроля полетом беспилотных «летающих платформ» 2, включающий в себя: блок видеокамер 9, которые позволяют формировать панорамное изображение зоны бедствия, подходов к ней и определять текущее местонахождение «летающих платформ» 2; линию передачи изображения 10 на землю для анализа обстановки и принятия решений руководящим составом спасателей с целью наиболее эффективного проведения операции; формирователь кадра 11, который отражает специальную информацию на мониторе портативного персонального компьютера 15 поверх видеоизображения со звуковыми предупредительными сигналами; высотомер 12, дающий уточненную информацию о высоте полета пилотируемого летательного аппарата 1 и «летающих платформ» 2; спутниковую навигационную систему типа GPS 13, позволяющую в сравнительном режиме получать информацию как о местонахождении пилотируемого летательного аппарата 1, так и о местонахождении «летающих платформ» 2 по навигационным данным систем GPS, установленных на их бортах; блок памяти 14, который служит для записи данных высоты и траектории полета «летающих платформ» 2 с целью нахождения наиболее оптимальных их параметров, по которым «летающие платформы» будут направлены к терпящему бедствие объекту 4.
В состав бортового комплекса 8 управления и контроля полетом «летающих платформ» 2 входит также портативный персональный компьютер 15, монитор которого отражает панорамное изображение зоны бедствия 4, руководствуясь которым, оператор пилотируемого аппарата 1 может подавать команды управления «летающими платформами» 2 и корректировать свое местоположение в пространстве.
Эти команды формируются экипажем (оператором) и поступают на передатчик команд управления 16, который может быть встроен в компьютер 15, передаются по радиоэфиру на приемник 17 команд (фиг.4), расположенный на борту «летающей платформы» 2, и анализируются в процессоре бортовой системы автоматического управления (САУ) 21 «летающей платформы» 2. После этого САУ 21 формирует соответствующие специальные воздействия, обеспечивающие требуемые углы отклонения органов управления в соответствии с их законами управления.
Пилотируемый летательный аппарат вертикального взлета и посадки 1 (фиг.3) оснащен аппаратурой и метательным устройством дистанционной постановки маркерных радиосветомаяков 18. Метательное устройство выполнено аналогично газопневматической винтовке с дистанционным прицеливанием и метанием.
Каждая из беспилотных «летающих платформ» 2 вертикального взлета и посадки (фиг.4) обеспечена возможностью зависания и оснащена бортовым электронным комплексом самонаведения 19 на маркерные радиосветомаяки 44 (фиг.7), устанавливаемые дистанционно с борта пилотируемого аппарата 1 на терпящий бедствие объект 4.
Бортовой электронный комплекс самонаведения 19 содержит датчик - видеомодуль 20 (фиг.5), в состав которого входит цифровая видеокамера с оптической системой и цифровым видеопроцессором, выход которого подключен ко входу системы автоматического управления (САУ) 21 «летающей платформы» 2. В качестве видеомодуля 20 (фиг.5) может быть использована, к примеру, сверхкомпактная видеосистема ADCM-2650-0001 фирмы Agilent Technologies, Inc. (США). Она содержит высококачественный объектив, миниатюрную видеокамеру на комплементарных металлооксидных полевых интегральных схемах (CMOS), обеспечивающих сверхмалое потребление (120 мВт при тактовой частоте 13 МГц) и высокое разрешение в формате VGA (не хуже 640×480 пикселей), а также высокопроизводительный цифровой процессор, выполненный с возможностью обработки изображений в формате VGA и сжатия изображений в формате JPEG.
Видеопроцессор может быть запрограммирован на распознавание наземных объектов определенной конфигурации и цвета. Такими объектами и могут быть маркерные радиосветомаяки 44 (фиг.7), установленные на терпящем бедствие объекте 4. Способ и устройство для распознавания таких радиосветомаяков 44 и видеонаведения на них «летающих платформ» не относятся к теме данного изобретения и поэтому далее не рассматриваются. В частности, они подробно описаны в патенте RU №2248307, В64С 29/00, G08C 21/00.
Указанный комплекс самонаведения 19 (фиг.4) может использовать хорошо известные корреляционно-экстремальные алгоритмы наведения (например, К.Баклицкий и другие. «Методы фильтрации сигналов в корреляционно-экстремальных системах наведения», М.: Радио и связь, 1986 г., раздел 4.3).
До момента попадания «летающей платформы» 2 в зону действия комплекса самонаведения 19 (фиг.4) аппарат управляется с использованием данных системы автоматического управления (САУ) 21, высотомера 22, дальномера 23 и бесплатформенной инерциальной навигационной системы с коррекцией от приемника спутниковой навигационной системы типа GPS. При этом решаются следующие задачи:
- определение навигационных параметров, углов ориентации и параметров движения «летающей платформы» (угловых скоростей и ускорений);
- навигация и управление аппаратом при полете по заданной траектории;
- стабилизация углов ориентации аппарата в полете;
- выдача в канал передачи телеметрической информации на борт пилотируемого аппарата 1 о навигационных параметрах, углах ориентации «летающей платформы» 2;
- программируемое управление бортовой аппаратурой «летающей платформы».
После входа «летающей платформы» 2 в зону действия комплекса самонаведения 19 (фиг.4, 5, 6) по специальной команде начинается процесс самонаведения «летающей платформы» 2 на радиосветомаяки 44. При этом блок сервоприводов 25 получает управляющие сигналы и воздействует на исполнительные устройства 26, которые в свою очередь обеспечивают управление по высоте изменением общего шага несущих винтов, продольное и поперечное управление - изменением циклического шага винтов, а путевое управление - дифференциальным изменением общего шага винтов (увеличивается общий шаг одного винта при одновременном уменьшении общего шага другого; таким образом, общая тяга системы остается постоянной, но возникает разность между реактивными моментами винтов).
Бортовой электронный комплекс самонаведения «летающей платформы» 19 в своем составе содержит радиопеленгационное устройство, позволяющее использовать для наведения, кроме световых импульсов, еще и радиоимпульсы. Бортовой комплекс самонаведения «летающих платформ» 19 функционирует совместно с приемником команд управления и ориентации в пространстве 17, аппаратурой формирования сигналов причаливания 27, датчиками закрепления 28 (фиг.10) на терпящем бедствие объекте 4, датчиками отделения 29 «летающей платформы» 2 от доставленного спасательного оборудования 3.
Полезной нагрузкой каждой из «летающих платформ» 2 является доставляемое в зону бедствия спасательное оборудование 3, смонтированное на специальных раскладных рамах 30 (фиг.10) и упакованное в контейнеры 31. Каждая из раскладных рам 30 состоит из каркаса 32, в котором шарнирно закреплены раскладные подкосы 33, поворотные раскладные плечи дистанционного разрушения стекол здания и крепления к нему 34 (или телескопические секции дистанционного разрушения стекол здания и крепления к нему также 34) с поворотными зацепами 35, срабатывание которых обеспечено пиромеханизмами 36 и 37. Раскладная рама 30 оснащена также самотормозящимися лебедками 38 с тросами 39 и автономными источниками питания 40. Спасательное оборудование 3, упакованное в контейнеры 31, представляет собой подвесные системы облегченного типа, аналогичные парашютным, или спасательные пояса, жилеты 41, конструкция которых позволяет без особого труда пострадавшему человеку их надеть на себя и покинуть здание в проем 47 раскладной рамы 30, опускаясь до земли на тросе 39 с оптимально безопасной скоростью.
Доступ терпящих бедствие людей к доставленному спасателному оборудованию 3 возможен только после выполнения операций закрепления раскладной рамы 30 в оконном проеме аварийного здания 4 и после отделения «летающей платформы» 2 от доставленной ею раскладной рамы 30 с последующим ее уходом на безопасное расстояние. Отделение «летающей платформы» 2 от раскладной рамы 30 обеспечено установленными на каркасе 32 раскладной рамы 30 синхронно срабатываемыми пирозамками 42, открытие которых производится по сигналам датчиков закрепления 28 раскладной рамы 30 на аварийном здании 4. Отделение «летающей платформы» 2 от раскладной рамы 30 подтверждается сигналами датчиков отделения 29, что позволяет разблокировать контейнеры 31 со спасательным оборудованием 3 и использовать его по назначению после ухода «летающей платформы» 2.
Безопасность терпящих бедствие людей в момент закрепления «летающей платформы» 2 со спасательным оборудованием 3 обеспечивается предупреждающей громкоговорящей связью в форме инструкций по безопасному покиданию зоны бедствия 4 и производится с борта пилотируемого летательного аппарата 1.
После закрепления раскладной рамы 30 в оконном проеме аварийного здания 4, отделения «летающей платформы» 2 от раскладной рамы 30 и ее ухода на безопасное расстояние с борта летательного аппарата 1 могут осуществляться меры по снижению температуры огня, сбою пламени и т.д., обеспечению возможности безопасного покидания людьми зоны бедствия и непосредственно сама эвакуация.
Работа авиационной системы обеспечения спасательных работ на этажах высотного здания при пожаре осуществляется следующим образом.
Пилотируемый летательный аппарат - носитель «летающих платформ» вертикального взлета и посадки 1, находящийся на земле в дежурном режиме с установленной на его верхней части горгрота «летающей платформой» 2, несущей спасательное оборудование 3 и удерживаемой средствами крепления 5, по команде «тревога» взлетает и прибывает в зону бедствия, занимая высоту, близкую к высоте нижней кромки пожара. Экипаж (в составе пилота и оператора) оценивает обстановку, масштабы распространения огня и наличие терпящих бедствие людей в высотном здании 4, производит запуск силовой установки «летающей платформы» 2, всех ее систем и готовит аппарат к старту с борта пилотируемого аппарата 1. В результате срабатывания штатных замков 6 под действием силы тяги «летающей платформы» 2 последняя отделяется от пилотируемого летательного аппарата 1 вертикально, затем уходит на безопасное для маневра расстояние и зависает в автоматическом режиме. Отрыв «летающей платформы» 2 от борта пилотируемого летательного аппарата 1 в полете сопровождается некоторой разбалансировкой аппарата 1, что в автоматизированном режиме немедленно компенсируется изменением величин векторов тяг силовых установок (вентиляторов) аппарата 1. При внезапном возникновении неконтролируемой внештатной ситуации на борту пилотируемого аппарата 1 или на борту «летающей платформы» 2, а также в случае резкого ухудшения метеообстановки имеется возможность использовать средства 7 экстренного отделения «летающей платформы» 2 от борта пилотируемого летательного аппарата 1. Средства 7 экстренного отделения выполнены в виде пирозамков однократного использования и после срабатывания требуют замены. В процессе экстренного отделения «летающей платформы» 2 от борта аппарата 1 ее силовая установка может не запускаться, а оборудование и системы не функционировать.
Экипаж пилотируемого аппарата 1 (фиг.3) после штатного отделения «летающей платформы» 2 на малой поступательной скорости (в режиме зависания) подводит аппарат 1 к терпящему бедствие объекту 4 на минимально возможное расстояние; при этом бортовой комплекс 8 управления и контроля полетом беспилотных «летающих платформ» 2 поддерживает непрерывно с ними связь и осуществляет контроль их параметров.
Визуально и с помощью блока видеокамер 9 экипаж определяет места возможного закрепления спасательного оборудования 3 на объекте 4, производит маркировку этих мест радиосветомаяками 44, выстреливая их из специального метательного устройства 18.
Радиосветомаяк 44 представляет собой миниатюрное электронное устройство с мощным импульсным светодиодом и радиопередатчиком, находящимися в одном корпусе, который может быть закреплен на терпящем бедствие объекте 4 с помощью специального высокоэффективного клеящего состава. Установка радиосветомаяков 44 на объект производится путем выстреливания их с дистанции или непосредственным их контактом с терпящим бедствие объектом 4.
Радиосветомаяки 44 характеризуются контрастом по отношению к близлежащим источникам света, огня и электромагнитных волн и могут быть установлены как одиночно, так и парно, образуя некоторую равносигнальную зону.
После установки радиосветомаяков 44 на объект 4 пилотируемый летательный аппарат 1 отходит в зависающем режиме от объекта 4 на безопасное расстояние и, руководствуясь данными бортового комплекса 8 управления и контроля полетом «летающих платформ» 2, а также панорамным изображением зоны бедствия, производит наведение «летающей платформы» 2 на объект 4 до ее вхождения в зону действия бортового комплекса самонаведения 19.
После входа «летающей платформы» 2 в указанную зону (фиг.6), по специальной команде с борта пилотируемого летательного аппарата 1 начинается процесс самонаведения «летающей платформы» 2 на радиосветомаяки 44 с более высокой точностью, чем до входа в зону самонаведения. При подходе «летающей платформы» 2 в режиме самонаведения на заданное расстояние к терпящему бедствие объекту 4, по команде комплекса самонаведения 19 она автоматически переходит в режим причаливания к объекту 4. В этом режиме при соблюдении заданной высоты полета уменьшается горизонтальная скорость «летающей платформы» 2, и амортизирующее причально-контактное устройство 43 переводится в рабочее положение. После соприкасания «летающей платформы» 2 и объекта 4 посредством причально-контактного устройства 43 его датчики, входящие в состав аппаратуры формирования сигналов причаливания 27, выдают сигнал на закрепление раскладной рамы 30 в конструкции объекта 4. При этом срабатывают пиромеханизмы 36 и 37 (фиг.7, 8) раскладной рамы, которые выдвигают телескопические секции 34, разбивают стекла объекта 4, раскладывают подкосы рамы 33 и обеспечивают срабатывание поворотных зацепов 35 раскладной рамы 30, закрепляя раскладную раму 30 с пристыкованной к ней «летающей платформой» 2 в конструкции терпящего бедствие объекта 4.
По завершении цикла закрепления «летающей платформы» 2 к объекту 4 срабатывают датчики закрепления 28 (фиг.10), установленные на раскладной раме 30, и выдается команда на отделение «летающей платформы» 2 от раскладной рамы 30, закрепленной на терпящем бедствие объекте 4 вместе со спасательным оборудованием 3. Отделение «летающей платформы» 2 от раскладной рамы 30 производится после срабатывания специальных пирозамков 42 с подтверждением сигналами датчиков отделения 29, которые образуют единые исполнительно-сигнальные блоки, смонтированные в конструкции раскладной рамы 30. Срабатывание пирозамков 42 и датчиков отделения 29 является сигналом к увеличению оборотов силовой установки «летающей платформы» 2 и вертикальному ее взлету с раскладной рамы 30. На высоте полета, равной примерно половине диаметра несущего винта, «летающая платформа» 2 изменением циклического шага несущих винтов переходит в горизонтальный полет. Уход «летающей платформы» 2 на безопасное расстояние от терпящего бедствие объекта 4 подтверждается сигналами с ее борта, передаваемыми на борт пилотируемого летательного аппарата 1. Система к проведению спасательных работ готова.
- Спасение пострадавших людей с использованием средств 41 типа «спасательный жилет» (фиг.10). Данное средство представляет собой конструкцию из ремней, охватывающую туловище человека под руками, с быстрофиксирующимися замками, надев которую, пострадавший человек покидает место бедствия 4 в проем раскладной рамы 30 и опускается на тросе 39 с помощью самотормозящейся лебедки 38 до земли или на приспособление, аналогичное раскладной раме 30, укрепленное в оконном проеме нижних не объятых пламенем этажей здания.
- Спасение пострадавших людей с использованием средства 45 типа «корзина» (фиг.11). Во время транспортировки (доставки) корзина уложена «по-походному» и имеет форму кольца, чтобы не создавать помех потоку воздуха, выдуваемому из «летающей платформы» 2; после закрепления раскладной рамы 30 на терпящем бедствие объекте 4 и ухода «летающей платформы» 2 корзина раскладывается вниз, т.е. переводится в рабочее положение. После этого пострадавший самостоятельно или с помощью других пострадавших через проем 47 раскладной рамы 30 входит в корзину и занимает место в соответствии устными инструкциями по громкоговорящей связи с борта пилотируемого летательного аппарата 1. Корзина перемещается на четырех тросах вниз и вверх с помощью лебедки и электродвигателя, смонтированных на раскладной раме 30, и обеспечивается электропитанием от аккумулятора 40. Данное средство позволяет эвакуировать не только терпящих бедствие, но и поднимать членов спасательной или пожарной команды для оказания помощи или тушения пожара. Оно имеет преимущество его многократного использования.
- Спасение пострадавших людей с использованием средства 46 типа «рукав» или «чулок» (фиг.12). Данное средство выполнено в виде эластичной оболочки, способной стягиваться под действием массы находящегося в нем груза (человека), обеспечивая достаточное сопротивление его движению вниз под действием силы гравитации с безопасной вертикальной скоростью. Для транспортировки (доставки) чулок компактно собирается в виде «гармошки», а раскладывается вниз после закрепления раскладной рамы 30 в проеме окна и ухода доставившей его «летающей платформы» 2. Терпящие бедствие люди спускаются во внутренней полости чулка один за другим на землю или на приспособление, аналогичное раскладной раме 30, установленное в оконном проеме нижних, не объятых пламенем этажей объекта 4. Это средство обеспечивает быструю эвакуацию большого количества людей с места пожара в безопасную зону.
Следует отметить, что пилотируемый летательный аппарат вертикального взлета и посадки 1, оснащенный бортовым комплексом 8 управления и контроля полетом беспилотных «летающих платформ» 2, способен работать с несколькими «летающими платформами» 2, несущими спасательное оборудование 3 в зону бедствия 4. Для сокращения времени подготовки к проведению спасательных работ первая из «летающих платформ» 2 доставляется в зону бедствия 4 пилотируемым летательным аппаратом 1, находящимся на месте базирования в дежурном режиме, остальные «летающие платформы» 2 при возникновении в них надобности могут быть доставлены в зону бедствия 4 либо по воздуху, либо наземным транспортом в соответствии с нормативами прибытия в зону бедствия 4 по команде «тревога».
Работа авиационной системы обеспечения спасательных работ со второй, третьей и т.д. «летающими платформами» аналогична описанной.
«Летающая платформа» 2 после доставки спасательных средств (оборудования) 3 на терпящий бедствие объект 4 уходит из зоны бедствия на безопасное расстояние и в автоматическом режиме выполняет посадку на указанное с борта пилотируемого летательного аппарата 1 место. В дальнейшем она наземным транспортом доставляется на место базирования.
После завершения эвакуации пострадавших людей из зоны бедствия 4 пилотируемый летательный аппарат вертикального взлета и посадки 1 перелетает на место базирования или доставляется туда наземным транспортом в случае его приземления вне базы.
Раскладную раму 30 после полной ликвидации пожара демонтируют, подвергают дефектации и после устранения обнаруженных повреждений используют вновь.
Таким образом, предлагаемая авиационная система обеспечения спасательных работ позволяет быстро доставить и надежно закрепить спасательные средства на любом этаже высотного здания, обеспечивая безопасную эвакуацию пострадавших, или произвести подъем спасателей на терпящий бедствие этаж здания. Данная авиационная система позволяет повысить безопасность спасения большого количества людей с труднодоступных мест высотного здания и снизить стоимость спасательных работ.