МОБИЛЬНАЯ СИСТЕМА АЭРОЛОГИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к области метеорологии, а именно, зондированию атмосферы и предназначена для прецизионного измерения через определенный интервал времени метеорологических параметров, таких как температура и относительная влажность в атмосфере по высоте с целью оценки состояния атмосферы в зоне проведения летных испытаний летательных аппаратов (ЛА), например, при проведении специальных сертификационных летных испытаний самолетов гражданской авиации по определению уровней шума на местности.
Известен сбрасываемый радиозонд общего назначения Vaisala RD94 для применения на больших высотах и с использованием различных самолетов. Замедляемый сферическим парашютом RD94 измеряет атмосферные профили давления, температуры, относительной влажности и ветра от точки запуска до поверхности. RD94 передает метеорологические данные через телеметрическую связь метеорологической частоты 400 МГц в приемную систему AVAPS на борту самолета. AVAPS можно настроить для одновременного отслеживания до четырех RD94. Сбрасываемый радиозонд, а также программное и аппаратное обеспечение были разработаны в лаборатории наблюдений за Землей (EOL) Национального центра атмосферных исследований (NCAR) в г.Болдер, Колорадо, США. Лицензия на производство RD94 и системы AVAPS принадлежит Vaisala Inc., США (www.vaisala.com).
Применение известного сбрасываемого радиозонда не обеспечивают автономность и оперативность метеоизмерений, эксплуатация комплекса очень дорога.
Известны системы аэрологического радиозондирования (Хргиан А.Х. Физика атмосферы. - М. Гидрометиздат, 1978; Зайцева Н.А., Шляхов В.И. Аэрология. - М. Гидрометиздат, 1978; Зайцева Н.А. Аэрология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990), которые представляют собой сеть аэрологических станций, имеющие радиолокаторы и регулярно выпускающие в атмосферу на воздушных шарах радиозонды с передатчиками и приборами для измерения температуры, давления, влажности и других метеорологических параметров.
Применение известной системы аэрологического радиозондирования, несмотря на дешевизну и простоту, не обеспечивает автономность и оперативность метеоизмерений. Удаленность ближайшей аэрологической станции приводит к неправильной оценке параметров атмосферы в зоне аэродрома проведения испытаний. Если же запускать радиозонд на воздушных шарах непосредственно в зоне проведения испытаний, то из-за естественных препятствий радиолокатор ближайшей аэрологической станции начнет принимать радиосигнал с радиозонда только начиная с некоторой высоты, что не допустимо.
Наиболее близкой к патентуемой системе является система аэрологического радиозондирования, включающая в себя средства телефонной мобильной связи и измерительные приборы для определения температуры, давления и влажности атмосферного воздуха и других параметров атмосферы, полезная модель RU 80589 U1, 2007 г, Кл. МКИ G01W 1/08. Измерительные приборы вместе с передающим средством телефонной мобильной связи закреплены на воздушном шаре, заполненном подъемным газом - водородом или гелием и оснащенным устройством для определения координат, также подключенным к передающему средству телефонной мобильной связи.
Применение наиболее близкой к заявленной полезной модели системы аэрологического радиозондирования ограничено малой высотой работы сотовой мобильной связи, а применение спутниковой системы связи в системе обходится дорого, с учетом того, что система одноразовая и необходимо запускать систему несколько раз за время испытаний ЛА.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении надежности и автономности мобильной системы аэрологического зондирования (МСАЗ) при многократном использовании.
Для достижения технического результата в МСАЗ, включающей измерительный прецизионный прибор для определения температуры, влажности атмосферного воздуха, и дополнительно установлен регистратор измеренных параметров, вход которого соединен с прецизионным измерительным прибором температуры, влажности атмосферного воздуха, приемник GPS/ГЛОНАСС логгер со встроенным регистратором для определения географических координат и высоты подъема системы над землей, система закреплена на раме с грузом-стабилизатором и установлена на внешней подвеске низкоскоростного летательного аппарата.
Кроме подвешивания устройства к внешней подвесе летательного аппарата (вертолета) для подъема и спуска устройство можно подвешивать к привязному аэростату, параплану и автожиру.
Таким образом, МСАЗ, подвешенная к внешней подвеске НСЛА, может многократно применяться для замеров метеорологических параметров атмосферы в зоне проведения летных испытаний ЛА.
Перечень фигур на чертежах.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых:
Фиг.1 - представляет общий вид устройства МСАЗ.
Фиг.2 - структурная схема МСАЗ.
Фиг.3 - применение МСАЗ на примере вертолета Ми-8Т.
Фиг.4 - график изменения температуры и относительной влажности атмосферы по высоте.
МСАЗ (фиг.1) состоит из рамы 1, на которой установлены прецизионный измерительный прибор 2, соединенный кабелем с регистратором 3 и GPS/ГЛОНАСС со встроенным регистратором географических координат и высоты (логгер) 4. На нижней проушине прикреплен груз стабилизатор 5.
На фиг.2 показана структурная схема МСАЗ, где 2 - прецизионный измерительный прибор, соединенный с регистратором 3, 4 - GPS/ГЛОНАСС логгер.
Работа МСАЗ показана на примере измерения метеорологических параметров, таких как температура и относительная влажность в атмосфере по высоте с целью оценки состояния атмосферы при проведении специальных сертификационных летных испытаний самолетов гражданской авиации по определению уровней шума на местности.
Условия проведения сертификационных испытаний, замеры метеорологических параметров окружающего воздуха, методы корректировки данных измеренного шума из-за различия в атмосферном поглощении в метеорологических условиях при испытаниях и в исходных метеорологических условиях приведены в Приложении 16 к Конвенции о международной гражданской авиации «Охрана окружающей среды». Том I «Авиационный шум» ИКАО:
- Измерения температуры должны осуществляться системой с диапазоном по крайней мере 0-40°С и точностью не менее ±0,5°С;
- Относительная влажность должна измеряться системой с диапазоном от 0 до 100% и точностью по крайней мере ±5 процентных пунктов.
- Если окружающие атмосферные условия по температуре и относительной влажности отличаются от исходных условий, то в значения уровня звука, подсчитанные на основании результатов измерений, вносятся поправки.
По условиям сертификационных испытаний атмосферные параметры должны измеряться в пределах 2000 метров от мест установки микрофонов, и они должны соответствовать условиям, существующим в географическом районе, в котором производится измерение шума. Выдача метеоданных по высоте должна обеспечиваться с шагом 30 метров, начиная с поверхности земли. Замеры метеорологических параметров атмосферы должны выполняться в пределах 30 мин перед каждым замером шумов при пролете самолета.
Вертолет 6 с МСАЗ 7, подвешенной к внешней подвеске (фиг.3), выполняет наборы высоты и снижения в районе измерительных (контрольных) точек до высоты 1000 м с вертикальной скоростью подъема и снижения 3 м/сек в следующей последовательности:
- Включение питания измерительного прибора и GPS/ГЛОНАСС логгера МСАЗ и подвешивание ее к крюку троса внешней подвески вертолета
- Руление к месту взлета;
- Взлет по-вертолетному;
- Перелет в зону расположения измерительных точек;
- Зависание на высоте 35…40 м и выпуск МСАЗ на жестком тросе;
- Набор высоты 1000 м в полете по спирали, для уменьшения влияния горячих газов от работы двигателей и потоков воздуха от несущих винтов на измерения метеорологических параметров атмосферы;
- Горизонтальный площадка на высоте 1000 м в районе измерительных точек;
- Снижение по спирали с высоты 1000 м до 35-40 м;
- Зависание и подъем на борт МСАЗ;
- Перелет на аэродром, приземление, руление на стоянку.
Копирование зарегистрированных метеоданных с регистратора измерительного прибора и данных о высоте полета и скорости движения МСАЗ с GPS-логгера осуществляется поочередным подключением к ним ноутбука с помощью USB-кабеля. В итоге получаются две электронные таблицы в формате Exel - изменение по времени температуры и относительной влажности атмосферы по времени UTC и изменение высоты и скорости движения МСАЗ по времени UTC. Эти таблицы сводятся в одну таблицу по времени UTC. Для оценки отсутствия аномальных метеорологических условий и принятия решения на продолжение сертификационных испытаний, оперативно в MS Exel строится график изменения температуры и относительной влажности атмосферы по высоте (фиг.4).