ОСВЕТИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ОСВЕЩЕНИЯ ЛЕТНОГО ПОЛЯ
UNIT FOR AIRFIELD LIGHTING

Данное изобретение относится к осветительному прибору, тип которого указан в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения и которое предназначено для освещения летного поля аэродрома, в частности для подачи сигналов летательному аппарату.
Такие осветительные приборы используются для освещения летного поля на аэродромах, например, для подачи сигналов заходящим на посадку или движущимся по взлетно-посадочной полосе или рулежной дорожке летательным аппаратам, в частности самолетам или вертолетам. Различают, например, огни приближения, взлетные и посадочные огни взлетно-посадочной полосы, а также огни освещения рулежных дорожек. При этом свет, излучаемый осветительным прибором при подаче сигналов, должен удовлетворять требованиям, регламентирующим распределение его интенсивности в пространстве, которые определены международными стандартами и принимаются соответствующими организациями по стандартизации, например ICAO (International Civil Aviation Organization - Международная организация гражданской авиации) или FAA (Federal Aviation Administration - Федеральное авиационное управление).
Из буклета "LED - Taxiway Centre Line, Stop Bar and Intersection -Medium Intensity - Inset Ligh", изданного ADB - A Siemens Company (номер заказа Е10001-T95-A103-V1-7600), известна подсветка "утопленный огонь" для осевых линий рулежных дорожек и линий "стоп". В корпусе этого утопленного огня, изготовленного из алюминиевого сплава, расположены оптические компоненты, например светодиоды, коллиматоры и призмы, а также электрическое компоненты, например, кабельные разъемы, трансформаторы и печатные платы. Чтобы предотвратить проникновение в корпус утопленного огня воды, корпус герметизирован лабиринтным уплотнением, размещенным между основной частью и крышкой корпуса, а также посредством призматических уплотнений, размещенных в светопропускных отверстиях крышки. Для генерации каждого из сигналов предусмотрено несколько светодиодов, которые при монтаже на заводе-изготовителе необходимо вручную выверять относительно остальных оптических компонентов, обеспечивая тем самым требуемый профиль интенсивности светового излучения света.
В описании полезной модели DE 20309405 U1 раскрыт утопленный огонь, содержащий корпус, имеющий утапливаемое в поверхность земли основание, и крышку корпуса, сверху закрывающую указанное основание. В крышке корпуса предусмотрены две выемки, в каждую из которых сверху устанавливают по одному модулю, содержащему верхнюю часть и нижнюю часть, герметично свинчиваемую с верхней частью. В светопропускные отверстия модуля, имеющиеся в его верхней части, вставлены призмы. Светодиоды вместе с оптикой установлены на плате, привинченной к нижней части модуля. Электропитание светодиодов осуществляется при помощи кабеля, проходящего в модуль через герметизированное отверстие. Кабель соединен с преобразовательным блоком, который находится внутри корпуса и соединен с питающим кабелем. Модули для сборки утопленного огня находятся в предварительно смонтированном состоянии.
В публикации DE 19837224 А1 описан осветительный прибор для освещения летного поля, который в качестве источников света содержит светодиоды, образующие несколько групп. Эти группы встроены в кассету, установленную над блоком питания и устройством управления осветительным прибором. Основание или корпус кассеты полностью или частично заполнены неэлектропроводным веществом, вследствие чего в кассете отсутствуют какие-либо пустоты, и ей присуща водо- и газонепроницаемость.
Вода, проникшая в корпус осветительного прибора, например, в зоне призмы утопленного огня, может повредить электрическую и оптическую системы. Негерметичность осветительного прибора может возникнуть как во время эксплуатации из-за усталости деталей или старения уплотнений вследствие вибраций или из-за нагрузки от наезда на прибор, так и в ходе технического обслуживания из-за неправильного закрытия корпуса, если его после этого не проверяли на герметичность.
Во время технического обслуживания, которое требует снятия оптического элемента или его замены, существует опасность неправильной сборки, в том числе в отношении точности монтажного положения и центровки оптических элементов относительно друг друга. Этот фактор приобретает тем более критичное значение, чем меньше источников света предусмотрено для генерации определенного сигнала осветительного прибора, так как в этом случае существует опасность, что требуемое стандартами высокоточное распределение интенсивности излученного света уже выполнено не будет.
С учетом вышесказанного в основе данного изобретения лежит задача создания такого осветительного прибора указанного типа, который требует меньших затрат на монтаж и техническое обслуживание и обладает высокой отказоустойчивостью.
В соответствии с изобретением поставленная задача решена путем разработки осветительного прибора указанного типа, характеризующегося признаками отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Говоря подробнее, источник света имеет по меньшей мере один светодиод и установлен вместе с электрическими и оптическими компонентами в герметически закрытом кассетном модуле. Кассетный модуль встроен в наружный корпус осветительного прибора. Наружный корпус защищает кассетный модуль от воздействия внешних сил, он также герметически закрыт, вследствие чего расположенные в кассетном модуле компоненты имеют двойную защиту, обеспечивающую герметичность.
Преимущество этой конструкции заключается в том, что в случае повреждения наружного корпуса (например, трещина в светопропускном окне) кассетный модуль остается неповрежденным. Таким образом, вода или влага могут проникнуть только в наружный корпус, но не в кассетный модуль. Поскольку электрические компоненты для управления светодиодами расположены в газонепроницаемом кассетном модуле, повреждение наружного корпуса не скажется негативным образом на работе источника света в кассетном модуле. Следовательно, отказ источника света становится невозможным.
Кроме того, светопропускное отверстие, предусмотренное в наружном корпусе, может иметь оконный модуль, который в зависимости от цели применения осветительного прибора выполнен в виде призмы, блока рассеяния или защитного стекла без дополнительной оптической функции. Этот оконный модуль герметически установлен в светопропускном отверстии наружного корпуса.
В кассетном модуле предусмотрена выемка, в которую герметически вставлено прозрачное окно для излучения света. Это окно снабжено оптическим элементом для оказания воздействия на форму выходящего светового луча и/или на направление его распространения. Оптический элемент может быть представлен коллимационным устройством, и/или устройством рассеяния, и/или линзовым устройством, или комбинацией этих устройств. При этом указанный по меньшей мере один светодиод и оптический элемент позиционированы по отношению друг к другу с обеспечением требуемого распределения интенсивности излученного света и закреплены при взаимной центровке.
Указанный оконный модуль наружного корпуса выполнен отличным от окна кассетного модуля.
Благодаря тому что в качестве источника света применяют светодиоды, среднее время до первого отказа по сравнению с обычными источниками света, снабженными нитью накаливания, существенно увеличивается, что равносильно использованию источника света, не требующего технического обслуживания. Поэтому техническое обслуживание такого осветительного прибора можно осуществлять, не открывая герметичный кассетный модуль, в результате чего устраняется вероятность общего отказа электрических или оптических компонентов осветительного прибора из-за проникновения воды. При этом сам кассетный модуль также практически не требует технического обслуживания. Поскольку сборку и интеграцию электрических и оптических компонентов в кассетный модуль, а также герметизацию модуля осуществляет изготовитель, он может взять на себя ответственность за качество герметизации кассетного модуля. Уменьшение числа используемых светодиодов, вплоть до использования лишь одного светодиода, требует их точного позиционирования относительно других оптических компонентов, что гарантируется специалистами изготовителя. Предложенный кассетный модуль можно применять в осветительных приборах, обеспечивающих однонаправленное, двунаправленное или многонаправленное излучение света. При этом осветительный прибор может быть выполнен как в виде утопленного огня, так и в виде приподнятого огня. Кассетный модуль герметически закрывают при помощи клея, в частности клея, отверждаемого под действием ультрафиолетового излучения, силиконового каучука или другого уплотнительного элемента.
Согласно предпочтительному варианту предложенного осветительного прибора кассетный модуль включает в себя корпус для размещения в нем электрических компонентов и крышку, которая закрывает корпус и в которой выполнена указанная выемка с герметически установленным в ней окном. Крышка модуля может быть изготовлена отдельно, она снабжена уплотнением, предотвращающим проникновение воды, и окном с оптическими элементами для воздействия на световой луч, которые позиционированы и закреплены с обеспечением центровки по отношению к светодиодам.
Согласно другому предпочтительному варианту предложенного осветительного прибора в нем предусмотрены указатели и/или механические монтажные приспособления, при помощи которых указанные светодиоды и окно, снабженное оптическим элементом, можно позиционировать по отношению друг к другу и закреплять с обеспечением их взаимной центровки. Например, окно снабжено указателями, позволяющими осуществлять его соединение с печатной платой светодиодов при оптимальном выравнивании. При этом вышеописанное оптимальное распределение интенсивности достигается благодаря активному выравниванию. Его применяют преимущественно в том случае, когда посредством одного окна надо подавать несколько сигналов.
В предпочтительном варианте предлагаемого осветительного прибора корпус, и/или крышка, и/или наружный кожух кассетного модуля выполнены так, что обладают высокой теплопроводностью. Благодаря такому решению тепло, создаваемое светодиодами и другими электрическими компонентами, можно эффективным образом отводить в окружающее пространство. Это обстоятельство является предпочтительным, поскольку эффективность и срок службы светодиодов тем больше, чем ниже рабочая температура.
В предпочтительном случае окно и крышка кассетного модуля предлагаемого осветительного прибора являются прозрачными и выполнены в виде единого элемента. Этот единый элемент может быть изготовлен, например, из поликарбоната. В результате достигается преимущество, заключающееся в том, что при создании предлагаемого осветительного прибора используется небольшое число деталей. Кроме того, такое решение позволяет исключить проведение отдельных этапов по соединению окна и крышки модуля и их герметизации.
Согласно еще одному предпочтительному варианту предложенного осветительного прибора источник света выполнен с возможностью генерирования света для разных сигналов, причем каждому сигналу соответствует несколько светодиодов или только один светодиод. В качестве светодиодов предпочтительно использовать мощные светодиоды, которые пропускают электрический ток от 0,1 до по меньшей мере 3,0 А, тепловое сопротивление которых составляет не менее 8 К/Вт, а излучаемый ими световой поток составляет по меньшей мере от 20 до 150 лм. При этом в зависимости от цели применения мощный светодиод может иметь ламбертовскую характеристику излучения, Ж-образную характеристику излучения или характеристику с боковым направлением излучения. Благодаря этому возможно сочетать несколько сигналов с единственным окном, что весьма предпочтительно в случае осветительных приборов, выходной сигнал которых характеризуется небольшим коэффициентом формы.
В предпочтительном случае светодиоды установлены на печатной плате и выполнены с возможностью генерации света, с учетом характеристик подаваемого сигнала, в видимой области спектра, в частности, синего, зеленого, желтого, оранжевого, красного или белого света или света в инфракрасной области спектра. При этом белый цвет можно создать в результате инверсии фосфора и/или смешения основных цветов (красного, зеленого и синего). Кроме того, можно применять светодиоды с большой лучеиспускающей поверхностью. В случае инфракрасного излучения летательные аппараты, оснащенные инфракрасными датчиками, могут определять излучаемый осветительными приборами инфракрасный свет, как это уже происходит в случае галогенных ламп.
В еще одном предпочтительном варианте предлагаемого осветительного прибора светодиоды установлены на печатной плате, снабженной оптическим элементом для воздействия на световой луч. В предпочтительном случае связанные со светодиодами оптические элементы отцентрованы относительно друг друга еще на заводе-изготовителе.
Согласно еще одному предпочтительному варианту предложенного осветительного прибора указанное окно и/или печатная плата снабжены оптическими элементами для воздействия на световой луч для каждого подаваемого сигнала. В зависимости от сигнала одни оптические элементы могут сильно фокусировать световой луч, тогда как другие оптические элементы, например того же окна, будут развертывать световой луч широким лепестком.
Согласно другому предпочтительному варианту предложенного осветительного прибора в кассетный модуль герметически введена линия электропитания, обеспечивающая подсоединение указанных электрических компонентов к внешнему источнику электропитания. Данный источник электропитания может представлять собой источник постоянного тока или источник постоянного напряжения.
В другом предпочтительном варианте предлагаемого осветительного прибора кассетный модуль заполнен инертным газом. В результате внутри кассетного модуля обеспечивается сухая атмосфера, исключающая отказ электрических или оптических компонентов из-за конденсации.
Согласно другому предпочтительному варианту предложенного осветительного прибора в кассетный модуль введен влагопоглотитель. Такое решение позволяет связывать остаточную влагу, которая в противном случае могла бы конденсироваться в особенности при применении светодиодов, почти не выделяющих тепла. Сконденсированный водяной пар мог бы отложиться на оптических компонентах в виде рассеивающего слоя, ослабляющего излучение света.
Другие преимущества и особенности предложенного осветительного прибора становятся понятными из ознакомления с последующим описанием одного из примеров его выполнения, проиллюстрированного сопутствующими чертежами.
Фиг.1 схематично изображает поперечное сечение герметичного кассетного модуля.
Фиг.2 и фиг.З схематично изображают печатные платы со светодиодами для предложенного осветительного прибора.
Фиг.4 изображает предложенный утопленный огонь в аксонометрии с пространственным разделением деталей.
Показанный на фиг.1 герметичный кассетный модуль 1 предназначен для встраивания в предложенный осветительный прибор, который в целом на этом чертеже не показан. Модуль 1 имеет корпус 2 и крышку 3. В корпусе 2 установлен источник света, образованный светодиодами 4, и электрические компоненты 5, которые включают в себя детально не показанные электрические линии и схему управления светодиодами 4. Корпус 2 изготовлен из обладающего высокой теплопроводностью материала, позволяющего отводить в окружающее пространство тепло, вырабатываемое электрическими компонентами 5 при эксплуатации модуля. Крышка 3 выполнена в виде единого элемента из светопрозрачного поликарбоната, в ней имеется светопроницаемое окно 6. На окне 6 отформованы оптические элементы 7, воздействующие на форму и/или направление луча света, сгенерированного светодиодами 4. Оптические элементы 7 детально не показаны, они могут содержать средства для фокусировки, рассеяния, отклонения, отражения света и т.д.
При создании герметичного кассетного модуля 1 крышку 3 модуля приклеивают к корпусу 2. Крышку 3 и корпус 2 соединяют при помощи клея, например, при помощи клея, отверждаемого под действием ультрафиолетового излучения, при этом светодиоды 4 позиционируют активным образом и центруют по отношению к оптическим элементам 7. Клей затвердевает с сохранением этого положения и ориентации. Чтобы достичь оптимального распределения интенсивности излученного света, указанные положение и ориентацию выбирают с учетом оптической оси светодиодов 4. Оптическая ось характеризуется максимальной интенсивностью и минимально возможной шириной на уровне половины максимума. Кроме того, оптимальное распределение интенсивности обеспечивает минимум оптических потерь. Позиционирование и центрирование можно осуществлять при помощи активных монтажных приспособлений, посредством которых все степени свободы можно задавать моторизированным образом.
В альтернативном случае герметично закрыть корпус 2 при помощи крышки 3 можно, например, вставив в нее уплотнительное кольцо круглого сечения.
Как следует из фиг.2 и фиг.3, используемый в изобретении источник света образован печатной платой 8, на которой установлены светодиоды 41-43. При этом для разных излучаемых осветительным прибором сигналов предусмотрены разные светодиоды 41-43. В предпочтительном случае для каждого сигнала используется один светодиод с высокой интенсивностью излучения. Если различные сигналы, например зеленый разрешающий сигнал и красный запрещающий сигнал на линии "стоп" рулежной дорожки, расположенной перед примыканием к взлетно-посадочной полосе, требуют разных распределений интенсивности, то окно 6 снабжено разными оптическими элементами 7, соответствующими указанным сигналам. Оптические элементы 7 также могут быть установлены на печатной плате 8, над светодиодами 41-44. Светодиоды 43, изображенные на фиг.2 и фиг.3 справа, излучающие, например, красный свет, имеют оптический элемент с большим радиусом кривизны светоизлучающей поверхности, поэтому они рассеивают свет меньше, тогда как из светодиодов 41 или 42, которые на этих чертежах изображены слева и излучают, например, зеленый цвет, светодиод 41 (фиг.2) имеет меньший радиус кривизны светоизлучающей поверхности, чем светодиод 42, показанный на фиг.3.
На фиг.4 предлагаемый осветительный прибор 10 показан в аксонометрии с пространственным разделением деталей. Кассетный модуль 1 помещен в наружный корпус, образованный утапливаемым основанием 11 или монтажной камерой и соответствующей крышкой, которые чаще всего изготавливают из алюминия.
Показанный на фиг.4 осветительный прибор представляет собой утопленный огонь. Утапливаемое основание 11 обычно закрепляют в грунте, бетоне или асфальте при помощи клея.
Отверстия 15 для введения кабеля в утапливаемое основание 11 герметически закрыты. Для обеспечения герметичности используется, например, резиновое уплотнение 13, размещаемое между утапливаемым основанием 11 и крышкой 12.
Герметически закрытый кассетный модуль 1, который содержит источник света, а также электрические компоненты для питания и управления источником света и оптические компоненты 7 для воздействия на свет, сгенерированный источником света, выполнен с возможностью размещения в утапливаемом основании 11 под крышкой 12. В крышке 12 имеются светопропускные отверстия 14, через которые выходит свет, претерпевающий изменение под действием оптических компонентов 7 кассетного модуля 1. Светопропускные отверстия 14 могут быть образованы призмой или другим прозрачным элементом, вставленным в отверстие крышки 12 и герметически закрытым.
Преимущество предлагаемого осветительного прибора состоит в том, что в случае разрушения призмы 14, например, если ее выводит из строя галька, брошенная потоком воздуха, созданным двигателями самолета, кассетный модуль 1 остается неповрежденным, вследствие чего источник света, а также оптические и электрические компоненты по-прежнему остаются защищенными от атмосферных воздействий, например от влаги.