СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТА И ПОСАДКИ ВЕРТОЛЕТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF ENSURING HELICOPTER FLIGHT AND LANDING SAFETY AND DEVICE FOR REALISING SAID METHOD

Изобретения относятся к оптико-локационным системам предупреждения столкновений движущихся объектов, в частности для обеспечения безопасности полета и посадки вертолетов.
Наиболее близким к изобретению является способ обеспечения безопасности полета и посадки вертолета, заключающийся в получении информации о направлении и расстоянии до препятствий в зоне кругового обзора путем излучения в совокупности всех оптических передатчиков в плоском угле 360 градусов в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси вертолета, при этом каждый из оптических передатчиков излучает короткие световые импульсы с частотой модулятора через оптическую систему в секторе с плоским углом 360°/k, приеме оптического сигнала, отраженного препятствием, находящимся в секторе приемной оптической системы, оптическим приемником излучения, обработки его совместно с сигналами с поступающих со всех модуляторов оптических передатчиков системой обработки информации, определения расстояний и секторов приема сигналов от препятствия путем сравнения сигналов с оптических приемников и модуляторов системой обработки информации, формировании на основе этой информации световых и звуковых сигналов для предупреждения пилота о направлении и расстоянии до препятствия /Патент РФ на изобретения №2322683, кл. G01S 13/93, от 20.04.2008 г./.
Наиболее близким к изобретению является устройство обеспечения безопасности полета и посадки вертолета, состоящее из k идентичных модулей, каждый из которых содержит передающую и приемные оптические системы, модулятор, оптический импульсный передатчик и m приемников оптических сигналов, а также из системы обработки информации, идентифицирующей секторы приема сигналов от препятствия и определяющей интервалы расстояния до препятствия, и системы предупреждения, при этом оптический импульсный передатчик каждого модуля излучает импульсы с частотой модулятора модуля через передающую оптическую систему, выполненную в виде несканирующей астигматической системы, излучающей в плоскости вертолета в секторе с плоским углом 360°/k и в малом вертикальном угле, m входы приемников оптических сигналов каждого модуля соединены со своими приемными оптическими системами, которые также выполнены несканирующими астигматическими, принимающими в плоскости вертолета в секторе с плоским углом 360°/mk, входные поля m-приемных оптических систем каждого модуля совмещены с полем зрения передающей оптической системы и полностью перекрывают его, поля излучения k модулей сопряжены и образуют в плоскости вертолета угол обзора 360°, mk выходы приемников оптических сигналов модулей соединены с mk входами системы обработки информации, на еще k входов которой подаются также сигналы с k модуляторов каждого модуля, выход системы обработки информации подключен к системе предупреждения, которая с помощью звуковых и световых сигналов предупреждает летчика вертолета о расстоянии до препятствия и секторе, в котором оно находится /патент на изобретения РФ №2322683, кл. G01S 13/93, от 20.04.2008 г./.
Недостатком данных способа и устройства является отсутствие возможности определения условий сближения вертолета с препятствием при полете и посадке, так как не учитывается время достижения вертолетом предельного расстояния до преграды, отсутствует информация о выполнении команды «отворот» при достижении предельного значения расстояния до препятствия, отсутствует информация о величине вертикальной скорости посадки вертолета, а также информация о превышении скорости вертикальной посадки вертолета, в случае превышения текущей скорости посадки заданных значений.
Технической задачей изобретения является повышение информативности за счет анализа динамики сближения вертолета с препятствием или посадочной площадкой.
Технический результат изобретения достигается тем, что в способе обеспечения безопасности полета и посадки вертолета, заключающемся в получении информации о направлении и расстоянии до препятствий в зоне кругового обзора, путем излучения совокупности всех оптических передатчиков в плоском угле 360 градусов в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси вертолета, при этом каждый из оптических передатчиков излучает короткие световые импульсы с частотой модулятора через оптическую систему в секторе с плоским углом 360°/k, приеме оптического сигнала, отраженного препятствием, находящимся в секторе приемной оптической системы, оптическим приемником излучения и обработки его совместно с сигналами с поступающих со всех модуляторов оптических передатчиков системой обработки информации, определения расстояний и секторов приема сигналов от препятствия путем сравнения сигналов с оптических приемников и модуляторов системой обработки информации, формировании на основе этой информации световых и звуковых сигналов для предупреждения пилота о направлении и расстоянии до препятствия, дополнительно выбирают предварительно три заданных расстояния до препятствий, осуществляют анализ динамики сближения вертолета с препятствиями за счет определения времени пролета вертолетом относительно двух заданных расстояний до препятствий, формируют прогнозируемый временной интервал до выдачи команды на выполнение маневра «отворот» летчику, относительно второго заданного расстояния с учетом динамики сближения вертолета с препятствиями, осуществляют выдачу команды «отворот» при пролете вертолетом третьего заданного расстояния, определяют текущую вертикальную скорость посадки вертолета и осуществляют выдачу информации о вертикальной скорости посадки вертолета, сравнивают текущее значение вертикальной скорости посадки вертолета с заданным значением и осуществляют выдачу информации о превышении вертикальной скорости посадки вертолета в случае превышения величины текущей вертикальной скорости посадки вертолета над заданным значением.
Заявляемый способ реализуется в устройстве для обеспечения безопасности полета и посадки вертолета, содержащем "k" идентичных приемопередающих модулей, каждый из которых содержит передающую и приемные оптические системы, модулятор, оптический импульсный передатчик и m приемников оптических сигналов, а также из системы обработки информации, идентифицирующей секторы приема сигналов от препятствия и определяющей интервалы расстояния до препятствия, и системы предупреждения, при этом оптический импульсный передатчик каждого модуля излучает импульсы с частотой модулятора модуля через передающую оптическую систему, выполненную в виде несканирующей астигматической системы, излучающей в плоскости вертолета в секторе с плоским углом 360°/k и в малом вертикальном угле, m входы приемников оптических сигналов каждого модуля соединены со своими приемными оптическими системами, которые также выполнены несканирующими астигматическими, принимающими в плоскости вертолета в секторе с плоским углом 360°/mk, входные поля m приемных оптических систем каждого модуля совмещены с полем зрения передающей оптической системы и полностью перекрывают его, поля излучения k модулей сопряжены и образуют в плоскости вертолета угол обзора 360 градусов, mk выходы приемников оптических сигналов модулей соединены с mk входами системы обработки информации, на еще k входов которой подаются также сигналы с k модуляторов каждого модуля, выход системы обработки информации подключен к системе предупреждения, которая с помощью звуковых и световых сигналов предупреждает летчика вертолета о расстоянии до препятствия и секторе, в котором оно находится, дополнительно введены блок определения условий сближения вертолета с препятствиями, индикатор прогнозируемого времени до выдачи команды «отворот», индикатор команды «отворот», индикатор текущего значения вертикальной скорости полета вертолета и индикатор превышения вертикальной скорости посадки вертолета, причем выход системы обработки информации соединен со входом блока определения условий сближения вертолета с препятствиями, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно со входами индикатора прогнозируемого времени до выдачи команды «отворот», индикатора команды «отворот», индикатора текущего значения вертикальной скорости полета вертолета и индикатора превышения вертикальной скорости посадки вертолета.
Кроме того, блок определения условий сближения вертолета с препятствиями состоит из первого, второго, третьего и четвертого пороговых устройств, первого и второго задатчиков сигналов, элемента ИЛИ, генератора импульсов, сдвигового регистра, элемента И, элемента И-НЕ, счетчика, делителя, ключа, дифференцирующей цепи, причем вход блока определения условий сближения вертолета с препятствиями объединен и соединен с первыми входами первого, второго и третьего пороговых устройств, вторые входы которых соединены с выходами задатчика сигналов, выходы первого и второго пороговых устройств через элемент ИЛИ соединен с первым входом сдвигового регистра, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход которого, кроме того, соединен с третьим входом элемента И, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым выходами сдвигового регистра непосредственно и через элемент И-НЕ, выход элемента И соединен с первым входом счетчика, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепи, выход которой также соединен с третьим входом сдвигового регистра, выход счетчика соединен одновременно с первыми входами ключа и делителя, вторые входы которых соединены соответственно со вторым выходом первого задатчика сигналов и выходом второго порогового устройства, выход делителя соединен с первым входом четвертого порогового устройства, второй вход соединен с выходом второго задатчика сигналов, выходы ключа, третьего порогового устройства, делителя и четвертого порогового устройства являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока определения условий сближения вертолета с препятствиями.
Новыми признаками, обладающими существенными отличиями по способу, является следующая совокупность действий.
1. Выбирают предварительно три заданных расстояния до препятствий.
2. Осуществляют анализ динамики сближения вертолета с препятствиями за счет определения времени пролета вертолетом относительно двух заданных расстояний до препятствий.
3. Формируют прогнозируемый временной интервал до выдачи команды на выполнение маневра «отворот» летчику, относительно второго заданного расстояния с учетом динамики сближения вертолета с препятствиями.
4. Осуществляют выдачу команды «отворот» при пролете вертолетом третьего заданного расстояния.
5. Определяют текущую вертикальную скорость посадки вертолета и осуществляют выдачу информации о вертикальной скорости посадки вертолета.
6. Сравнивают текущее значение вертикальной скорости посадки вертолета с заданным значением.
7. Осуществляют выдачу информации о превышении вертикальной скорости посадки вертолета в случае превышения величины текущей вертикальной скорости посадки вертолета над заданным значением.
Новыми элементами, обладающими существенными отличиями по устройству, являются дополнительно введенные блок определения условий сближения вертолета с препятствиями, индикатор прогнозируемого времени до выполнения команды «отворот», индикатор выполнения команды «отворот», индикатор вертикальной скорости посадки вертолета и индикатор превышения вертикальной скорости посадки вертолета и связи между известными и новыми элементами.
На фиг.1 изображены приемопередающие модули 1i, оптические передатчики 2i, модуляторы 3i, передающие оптические системы 4i, где i=1…k, оптические приемные системы 5ij, оптические приемники излучения 6ij, где j=1…m, система 7 обработки информации и система 8 предупреждения летчика. На фиг.2 показано взаимное расположение секторов излучения и приема оптических сигналов в модуле. На фиг.3 - структурная схема блока определения условий сближения вертолета с препятствиями.
Устройство обеспечения безопасности полета и посадки вертолета состоит из k идентичных модулей, 1i, каждый из которых содержит оптический импульсный передатчик 2i, модулятор 3i, передающую оптическую систему 4i и приемную оптическую систему 5ij, оптические приемники излучения 6ij, a также из системы 7 обработки информации, системы 8 предупреждения, блока 9 определения условия сближения вертолета с препятствиями, индикатора 10 прогнозирования времени до выполнения команды «отворот», индикатора 11 выполнения команды отворота, индикатора 12 текущей вертикальной скорости вертолета, индикатора 13 превышения вертикальной скорости посадки вертолета.
Блок 9 определения условий сближения вертолета с препятствиями содержит первое 14, второе 15, третье 16 и четвертое 17 пороговые устройства, первый 18 и второй 19 задатчики сигналов, элемент ИЛИ 20, генератор 21 импульсов, сдвиговый регистр 22, элемент И 23, элемент И-НЕ 24, счетчик 25, делитель 26, ключ 27, дифференцирующую цепь 28. При этом система 7 обработки информации идентифицирует секторы приема сигналов от препятствия и определяет интервалы расстояния до препятствия, оптический импульсный передатчик 2 каждого модуля 1 излучает импульсы с частотой модулятора 3 модуля через передающую оптическую систему 4ij, выполненную в виде несканирующей астигматической системы, излучающей в плоскости вертолета в секторе с плоским углом 360°/k и в малом вертикальном угле, m - входы приемников 6ij оптических сигналов каждого модуля 1 соединены со своими приемными оптическими системами 5ij, которые также выполнены несканирующими астигматическими, принимающими в плоскости вертолета в секторе с плоским углом 360°/mk, входные поля m приемных оптических систем 3 каждого модуля 1 совмещены с полем зрения передающей оптической системы 4ij и полностью перекрывают его, поля излучения k модулей сопряжены и образуют в плоскости вертолета угол обзора 360°, mk - выходы приемников 6ij оптических сигналов модулей соединены с mk входами системы 7 обработки информации, на еще k входов которой подаются также сигналы с к модуляторов 3 каждого модуля, выход системы 7 обработки информации подключен к системе 8 предупреждения, которая с помощью звуковых и световых сигналов предупреждает пилота вертолета о расстоянии до препятствия и секторе, в котором оно находится.
Выход системы 7 обработки информации соединен со входом блока 9 определения условий сближения вертолета с препятствиями, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно со входами индикатора 10 команды «отворот», индикатора 11 прогонозируемого времени до выполнения команды «отворот», индикатора 12 вертикальной скорости посадки вертолета, индикатора 13 превышения вертикальной скорости посадки вертолета. Причем вход блока 9 анализа условий сближения вертолета с препятствиями объединен и является первыми входами первого 14, второго 15 и третьего 16 пороговых устройств, вторые входы которых соединены с выходами задатчика 18 сигналов, выходы первого 14, второго 15 и третьего 16 пороговых устройств через элемент ИЛИ 20, соединены с первым входом сдвигового регистра 22, второй вход которого соединен с выходом генератора 21 импульсов, выход которого также соединен с третьим входом элемента И 23, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым выходами сдвигового регистра 22 непосредственно и через элемент И-НЕ 24, выход элемента И 23 соединен с первым входом счетчика 25, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепи 28, выход которой также соединен с третьим входом сдвигового регистра 22, выход счетчика 25 соединен одновременно с первыми входами делителя 26 и ключа 27, вторые входы которых соединены соответственно со вторым выходом первого 18 задатчика сигналов и выходом второго 15 порогового устройства; выход делителя 26 соединен с первым входом четвертого 17 порогового устройства, второй выход которого соединен с выходом второго 19 задатчика, выходы третьего 15 порогового устройства, ключа 27, делителя 26 и четвертого 17 порогового устройства являются первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока 9 анализа условий сближения вертолета с препятствиями.
Состав устройства, его автономность от стандартной авионики вертолета позволяет сформировать систему кругового обзора с использованием идентичных конструктивных модулей, включающих в себя оптический импульсный передатчик, модулятор, излучающую и приемные оптические системы, приемники оптического излучения, которые для удобства монтажа и обслуживания могут быть размещены на внешней подвеске вертолета.
Блок анализа условий сближения вертолета с препятствиями позволяет своевременно выдать команду «отворот» при достижении опасного расстояния до препятствия, информацию о текущей вертикальной скорости посадки и о превышении вертикальной скорости посадки вертолета при осуществлении посадки.
Устройство обеспечения безопасности полета и посадки вертолета работает следующим образом.
Оптический передатчик 2i модуля 1i излучает короткие световые импульсы с частотой модулятора 3i через оптическую систему 4i, в секторе с плоским углом 360°/k, при этом совокупность всех оптических передатчиков излучает в плоском угле 360° в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси вертолета. Оптический сигнал, отраженный препятствием, находящимся в секторе приемной оптической системы 5ij, поступает на оптический приемник излучения 6ij, сигнал с приемника излучения передается в систему обработки информации 7, куда одновременно поступают сигналы со всех "k" модуляторов 3i оптических передатчиков. Система обработки информации 7 проводит идентификацию секторов приема сигналов от препятствия путем сравнения сигналов с "m×k" оптических приемников и "k" модуляторов, а также определяет интервалы расстояний до препятствия.
На основе этой информации с помощью системы 8 формируются световые и звуковые сигналы для предупреждения пилота о направлении и расстоянии до препятствия.
Кроме того, с выхода системы 7 обработки информации информация о дальности поступает на вход блока 9 определения условия сближения вертолета с препятствиями и соответственно на первые входы первого 14, второго 15 и третьего 16 пороговых устройств, на вторые входы которых поступают сигналы с первого, второго и третьего выхода 18 первого задатчика сигналов.
Значения сигналов с первого, второго и третьего выхода задатчика 18 сигналов соответствуют первому, второму и третьему заданному расстоянию.
По мере сближения вертолета с препятствием происходит последовательное срабатывание первого 14, второго 15 и третьего 16 пороговых устройств, сигналы с выходов которых через элемент ИЛИ 20 поступают на первый вход сдвигового регистра 22, на второй вход которого поступают сигналы с выхода генератора 21 импульсов, с выхода которого сигнал также поступает на третий вход элемента И 23.
Кроме того, сигнал с выхода первого 14 порогового устройства поступает на вход дифференцирующей цепи 28, с выхода которой поступает на третий вход сдвигового регистра 22 и второй вход счетчика 25, осуществляя обнуления данных элементов.
В момент срабатывания первого 14 порогового устройства сигнал с его выхода через элемент ИЛИ 20 поступает на первый вход сдвигового регистра 22, с первого выхода которого поступает на первый вход элемента И 23, на второй вход которого сигнал поступает с выхода элемента И-НЕ 24.
При этом импульсы с выхода генератора 21 импульсов через третий вход элемента И 23 поступают на первый вход счетчика 25, обеспечивая тем самым измерение временного интервала пролета вертолетом двух фиксированных расстояний, определяемых величинами сигналов, поступающих с первого и второго выхода задатчика 18 сигналов.
В момент срабатывания второго 15 порогового устройства сигнал с его выхода через элемент ИЛИ 20 поступает на первый вход сдвигового регистра 22, при этом происходит снятие сигнала с его первого выхода и соответственно с первого входа элемента И 23.
С выхода счетчика 25 сигнал одновременно поступает на первые входы делителя 26 и ключа 27, на вторые входы которых поступают сигналы соответственно со второго выхода первого 17 задатчика сигналов и выхода второго 15 порогового устройства.
Ключ 27 обеспечивает формирование прогнозируемого времени до выполнения команды «отворот» относительно второго заданного расстояния.
В момент пролета вертолетом второго заданного расстояния сигнал с выхода второго порогового устройства поступает на второй вход ключа 27, на первый вход которого поступает сигнал с выхода счетчика 25, на выходе которого формируют сигнал, соответствующий времени пролета между первым и вторым заданными расстояниями.
С выхода ключа 27 сигнал поступает на вход индикатора 10 прогнозируемого времени выполнения команды «отворот».
В момент достижения третьего заданного расстояния выдается команда с выхода третьего 16 порогового устройства на индикатор 11 команды «отворот».
С выхода делителя 26 сигнал, соответствующий вертикальной скорости посадки вертолета, поступает на вход индикатора 12 вертикальной скорости вертолета.
Кроме того, сигнал с выхода делителя 26 поступает на первый вход четвертого 17 порогового устройства, на второй выход которого поступает сигнал с выхода второго 19 задатчика.
Четвертое 17 пороговое устройство обеспечивает сравнение текущего значения вертикальной скорости сближения с заданным значением при посадки вертолета.
Если вертикальная скорость посадки вертолета превышает заданное значение, то сигнал с выхода четвертого 17 порогового устройства поступает на индикатор 13 превышения вертикальной скорости посадки.
Таким образом, обеспечивается повышение информативности за счет учета условий сближения с препятствиями при полете и посадке вертолета.
Источники информации
1. Патент РФ на изобретение №2322683, кл. G01S 13/93, от 20.04.2008 г.