ЛАЗЕРНЫЙ МАЯК КУРСОГЛИССАДНОЙ СИСТЕМЫ И ЛАЗЕРНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ

Область техники
Полезная модель относится к оптическим устройствам систем оптической навигации, в частности, с использованием маломощных лазерных источников излучения для создания в пространстве протяженных лучей, в том числе видимых излучений, предназначенных для указания направления или цели, в частности, позволяющих экипажам летательных аппаратов визуально воспринимать протяженные лучи и определять свое местоположение в пространстве относительно глиссадной плоскости снижения и курса захода на взлетно - посадочную полосу.
Предшествующий уровень техники
Системы оптической навигации известны в различных выполнениях, где в качестве маяков систем оптической навигации используются мощные источники когерентного или некогерентного излучения (например, см. [Патент SU 1828036, [Самарское агрегатное производственное объединение] 13.01.1989, B64F 1/18; «Электроника: НТБ» №3, 1999, сс. 46-49, И.Олихов, Л.Кособокий «Мобильная лазерная трехцветная навигационная система» и Патент RU 2248299, 12.02.2002, В63В 51/00]).
Известные до сих пор системы для светотехнического оборудования аэропортов имеют следующие недостатки:
а) во избежание ослепления экипажа источниками излучения большой плотности при заходе на посадку летательного аппарата не допускаются ошибки пилотирования естественного или субъективного характера на дальности менее 200 метров от кромки взлетно-посадочной полосы;
б) значительное энергопотребление для обеспечения работоспособности при низкой надежности системы;
в) сложность технического обслуживания и замены элементов систем оптической навигации в условиях эксплуатации, необходимость облета системы посадки при замене излучателей и оптических элементов маяков;
г) гибкость известных конструкций является ограниченной, в частности, с точки зрения дальности обнаружения экипажем летательного аппарата курсоглиссадных лучей при неблагоприятных метеоусловиях.
Наиболее близким по технической сущности и получаемому техническому результату является лазерный маяк «Глиссада-04» курсоглиссадной системы посадки летательных аппаратов, используемый в международном аэропорту «Курумоч» (см. http://www.airport.samara.ru/. [Новости промышленности, «В Международном аэропорту "Курумоч" проводятся испытания уникальной системы посадки "Глиссада-04"», аэропорт "Курумоч", пресс-релиз 25 октября 2005 г.]). Лазерный маяк «Глиссада-04» содержит моноблок, в корпусе которого размещены излучатель, система подогрева, включая электроподогрев выходного стекла корпуса излучателя, и система управления с радиоприемопередающим устройством, схемой управления модулями, соединенной со схемами управления лазерными диодами. Излучатель включает корпус, лазерные модули, каждый из которых содержит лазерный диод и выходной коллиматор. Лазерные модули выполнены с возможностью настройки лучей лазерных диодов на удаленную точку и предусмотрен механизм их жесткой фиксации. Потребляемая мощность одного маяка - 100 Вт, габариты одного маяка 1000см×500см×350см, долговечность - 5-7 лет, обслуживать систему могут всего 2 человека.
Основными достоинствами известного лазерного маяка «Глиссада-04» являются увеличение экономичности, долговечности и надежности в эксплуатации по сравнению с ранее известными, повышение точности наведения по курсу и глиссаде, снижение влияния на зрение экипажей, возможность осуществлять посадку воздушного судна в условиях максимально плохой видимости (в сумерках, ночью, при плохой погоде), обеспечение безопасности полетов, уменьшение габаритов, веса изделия. В то же время в лазерном маяке «Глиссада-04» - прототипе ограничено дальнейшее наращивание мощности излучения, увеличение его надежности, долговечности, уменьшение энергопотребления. Сложно его техническое обслуживание, замена его элементов в условиях эксплуатации и необходим облет системы посадки при замене излучателей и оптических элементов лазерного маяка «Глиссада-04». Кроме того, также как в известных
ранее лазерных маяках гибкость его конструкций является ограниченной, в частности, с точки зрения дальности обнаружения экипажем летательного аппарата курсоглиссадных лучей при неблагоприятных метеоусловиях.
Известны лазерные излучатели для указания направления (см., например, [Патент US 5394430, 28.02.1995, H01S 3/08 и Патент RU 2315405, 08.06.2006, H01S 5/022]).
Наиболее близким по технической сущности и получаемому техническому результату является лазерный излучатель для указания направления (см. [Патент RU 2315405, 08.06.2006, H01S 5/022]), включающий корпус, имеющий разъемы для подключения блока питания, и крышку с выходным окном, расположенным под углом к направлению выходного излучения. В корпусе имеется по крайней мере два лазерных модуля. В корпусе каждого модуля расположены полупроводниковый лазерный диод и коллиматор/объектив, установленный с возможностью его перемещения вдоль оптической оси. Лазерные модули размещены в индивидуальные ячейки, выполненные в едином держателе из теплопроводящего материала. В каждой ячейке имеется механизм фиксации положения лазерного модуля в ячейке, обеспечивающий угловое перемещение лазерного модуля относительно корпуса излучателя. Имеются термохолодильники, одним основанием соединенные с держателем, а другим - жестко соединенные с радиатором со стороны его внутренней поверхности. Радиатор встроен в корпус лазерного излучателя со стороны его задней стенки для дополнительного отвода тепла. Модули расположены с возможностью обеспечения максимальной плотности выходного излучения. Имеются нагреватель корпуса излучателя, плата контроля и управления температурой лазерных модулей, схема управления модулями, соединенная со схемами управления лазерными диодами.
Корпус лазерного модуля имеет сопряженные участки внешней поверхности сферической и цилиндрической форм, а механизм фиксации лазерного модуля в ячейке держателя выполнен с возможностью перемещения лазерного модуля относительно держателя вдоль направления излучения модуля и состоит из двух шайб с внутренней поверхностью сферической формы, сопрягаемой со сферическим участком поверхности корпуса модуля, одна из которых имеет резьбовое соединение с ячейкой держателя, и гайки, также имеющей резьбовое соединение с ячейкой держателя, обеспечивающей фиксацию положения сферического участка корпуса модуля между шайбами. Модули располагаются симметрично с двух сторон продольной оси симметрии, перпендикулярной выводу излучения.
Основными достоинствами известного лазерного излучателя являются получение лазерного излучения с большой мощностью и, что самое главное, увеличение плотности оптической мощности в лазерном луче по сравнению с известными аналогами, как минимум, в 0,6N раз (где N количество лазерных модулей в излучателе). Излучатель отличается повышенной надежностью, т.к. выход из строя одного из модулей уменьшает мощность излучения всего устройства только на 1/N часть. Конструкция излучателя в целом является более устойчивой к климатическим воздействиям, при этом обеспечение герметичности корпуса и наличие системы нагрева корпуса и возможности охлаждения блока лазерных модулей термохолодильниками в сочетании с автоматическим поддержанием заданной температуры блока лазерных модулей при крайних отрицательных температурах расширяет области применения данной конструкции. Возможно обеспечение рабочего диапазона температур - от минус 40°С до плюс 50°С. В то же время в известной конструкции лазерного излучателя затруднено дальнейшее наращивание мощности излучения, увеличение его надежности, долговечности, уменьшение энергопотребления. Определяется это конструкцией излучателя и не достаточно эффективной терморегуляцией рабочей температуры в излучателе. Кроме того, весьма сложен механизм юстировки. Нет возможности сменить лазерные модули в процессе эксплуатации, требуется смена всего держателя.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом предложенного лазерного маяка курсоглиссадной системы посадки является увеличение надежности и долговечности, уменьшение габаритов, веса, улучшение управления внутренним температурным режимом в процессе работы, улучшение управляемости и контроля, уменьшение энергопотребления изделия, упрощение обслуживания и пользования, расширение условий применяемости без изменения его конструкции, в том числе в процессе работы.
Техническим результатом предложенного лазерного излучателя для указания направления является увеличение надежности и долговечности, уменьшение габаритов, веса, улучшение управления внутренним температурным режимом в процессе работы, улучшение управляемости и контроля, уменьшение энергопотребления изделия, упрощение обслуживания и пользования, расширение
условий применяемости без изменения его конструкции, в том числе в процессе работы.
В соответствии с первой полезной моделью поставленная задача решается тем, что предложен лазерный маяк курсоглиссадной системы посадки летательных аппаратов, включающий моноблок с цилиндрическим разъемным корпусом, имеющим по крайней мере торцевую, среднюю и выходную части, и содержащий, размещенные в средней части корпуса моноблока, излучатель, включающий корпус по крайней мере с двумя кюветами, со съемным миниблоком с корпусом в каждой кювете, стенками корпусов миниблоков по центральной оси излучателя образована полость заданного объема, в каждом миниблоке имеется по крайней мере один протяженный пенал с индивидуальными лазерным диодом в основании пенала и выходным коллиматором, размещенным в выходной части пенала, в основании и выходной части миниблока имеются соосные отверстия для крепления пенала после его предварительной юстировки, причем при работе лазерного маяка оптические оси лазерных излучений всех лазерных диодов сведены в одной условной точке по оси излучателя, систему терморегуляции, включающую электротерморегулирующие устройства по числу миниблоков, причем основание соответствующего миниблока размещено на рабочей поверхности соответствующего электротерморегулирующего устройства, отсечную заслонку, расположенную между выходными торцами моноблока и излучателя, параллельно им, с возможностью электроподогрева контура заслонки, электрическое теплообменное устройство, помещенное в торцевой части корпуса моноблока, а также совокупность оконечных температурных датчиков, часть которых размещена в миниблоках около каждого пенала в непосредственной близости к лазерному диоду в нем, другая часть заданным образом распределена по всему объему моноблока, систему управления со встроенной частью системы управления, размещенной в моноблоке и включающей микроконтроллер формирования управляющих команд по значениям фактических температур в каждом миниблоке и контролируемых точках объема моноблока, соединенный с совокупностью оконечных датчиков температуры и засоренности фильтров и с датчиком регистрации положения лепестков отсечной заслонки, схему управления миниблоками, соединенную со схемами управления лазерными диодами, радиоприемопередающее устройство, часть системы управления, внешняя, размещена вне моноблока, и систему контроля со встроенной системой контроля, размещенной в моноблоке, включающей микроконтроллер проверки и формирования команды состояния, часть системы контроля, внешняя, размещена
вне моноблока, системы управления и контроля соединены между собой, с элементами системы терморегуляции и излучателя.
Основное отличие предложенного лазерного маяка курсоглиссадной системы посадки летательных аппаратов (далее «Лазерный маяк») от прототипа, его новизна и неочевидность заключаются в его блочно-модульном исполнении в совокупности с выбором и исполнением элементов, блоков, систем, их взаимном размещении и с помещением лазерного модуля: лазерный диод - выходной коллиматор, в предложенный пенал сменного миниблока, который и позволил значительно упростить удаление и замену (при необходимости) лазерного диода, а также упростить устройство юстировки и обеспечить значительное упрощение и повышение точности способа юстировки. Это обеспечивает упрощенную заменяемость элементов, управляемость и контроль. При весьма различных температурах окружающей среды: от минус 60°С до плюс 80°С Излучатель дает возможность создать требуемый рабочий температурный режим в корпусе моноблока (от минус 10°С до плюс 20°С) для обеспечения требуемой температуры работы лазерных диодов для сохранения в процессе работы Излучателя стабильности мощности излучения, длины волны и точности юстировки. Суперпозиция излучения лазерных диодов, преимущественно маломощных, как каждого миниблока, так и излучателя моноблока в целом, обеспечивает образование пространственно - протяженных светящихся ориентиров, обозначающих глиссадную плоскость и курс захода на посадку. Яркость свечения, углы наклонов и длина ориентиров обеспечивают экипаж летательного аппарата достаточной полноты информацией для мгновенной оценки местоположения в пространстве. Низкая совокупная плотность излучения Лазерного маяка безопасна для органов зрения экипажа летательного аппарата даже при прямом попадании в пятно излучения на любом расстоянии от излучателя. Совокупность признаков Лазерного маяка обеспечила достижение поставленного технического результата.
В зависимости от поставленных технических задач технический результат достигается также тем, что
- лазерные диоды при работе излучают на одинаковой длине волны;
- лазерные диоды при работе излучают на разных длинах волн;
- длина волны излучения лазерных диодов находится в видимом диапазоне излучения;
- установлены лазерные диоды малой мощности с высокими ресурсом работы и надежностью.
Технический результат достигается также тем, что пеналы с лазерными диодами, при работе излучающими на большей длине волны, помещены на одной окружности большего радиуса относительно центральной продольной оси излучателя, а пеналы с лазерными диодами, при работе излучающими на меньшей длине волны, помещены на другой окружности меньшего радиуса относительно центральной продольной оси излучателя.
Технический результат достигается также тем, что продольные оси кювет и миниблоков параллельны совпадающим продольным осям излучателя и моноблока.
Технический результат достигается также тем, что со стороны вывода излучения пенал имеет наконечник в форме конуса, самоцентрирующийся в конической выемке выходного отверстия миниблока, внутри которой выходной коллиматор закреплен на заданном расстоянии от лазерного диода по оптической оси лазерного излучения, с противоположной стороны в основании пенала имеется наконечник с лазерным диодом и выводами питания и управления с наружной поверхностью в форме эллипсоида вращения с пазами, например, с четырьмя, (возможно от трех до семи) жестко закрепленный между стенками отверстия в основании миниблока диэлектрическим материалом с высокой теплопроводностью. Кроме того, в пазах могут находиться клинья, ранее использованные для проведения юстировки. Предложенное позволило значительно упростить как устройство юстировки, так и ее проведение, повысить ее точность. При необходимости упрощается удаление и смена лазерных диодов из заменяемых миниблоков.
Технический результат достигается также тем, что излучатель имеет правильный n-гранный корпус, за каждой гранью которого размещена кювета с миниблоком, где n равно по крайней мере трем.
Предложено, чтобы перпендикулярно выводу излучения поперечное сечение каждой кюветы и соответствующего миниблока имело форму трапеции с меньшим основанием ближе к центру излучателя, образуя упомянутую центральную полость и дополнительные полости между корпусами излучателя и моноблока, что позволяет уменьшить влияние температуры внешней среды на работу излучателя и всех элементов моноблока и обеспечить работоспособность с постоянной мощностью излучения на более широком интервале температур окружающей среды.
Возможно создавать корпуса излучателя с различным числом граней, которое зависит от поставленных решаемых задач. Шести- и восьмигранные
корпуса излучателя позволяют при небольших габаритах моноблока разместить требуемое число лазерных диодов, создающих необходимую плотность излучаемой мощности при оптимизации температурного режима и потребляемой мощности. Предложено излучатель выполнять шестигранным, за каждой его гранью в кювете помещен соответствующий миниблок с четырьмя пеналами, при этом три пенала с лазерными диодами, излучающими при работе на одной большей длине волны, расположены на дуге одной окружности большего радиуса относительно центральной продольной оси излучателя, а один пенал с лазерным диодом, излучающим при работе на меньшей длине волны, расположен на условной дуге другой окружности меньшего радиуса относительно центральной продольной оси излучателя.
Технический результат достигается также тем, что в излучателе каждый миниблок имеет просветленное электроподогреваемое выходное окно для улучшения вывода излучения и уменьшения зависимости от температуры внешней среды.
Кроме того, в каждом миниблоке выходное окно расположено под заданным углом к направлению излучения, для исключения попадания отраженного излучения в пеналы.
Технический результат достигается также тем, что выходная поверхность моноблока помещена на заданном расстоянии от выходных окон миниблоков излучателя, что препятствует попаданию осадков, пыли и т.д. на выходные окна миниблоков.
Технический результат достигается также тем, что радиаторы электротерморегулирующих устройств всех миниблоков расположены в упомянутой центральной полости, что позволяет уменьшить габариты излучателя и моноблока, а также улучшает терморегуляцию лазерных диодов и обеспечивает стабильность их длин волн излучения в течение всего периода работы.
В предложенном варианте технический результат достигается также тем, что в торцевой части корпуса моноблока в системе терморегуляции имеются фильтр грубой очистки воздуха, являющийся торцом корпуса моноблока, рядом с ним, внутри моноблока размещен электровентилятор, упомянутое электрическое теплообменное устройство помещено в среднем сечении разъемного воздушного короба, также имеется фильтр тонкой очистки воздуха, расположенный вблизи основания излучателя, фильтры оснащены датчиками засоренности, при этом мощность электротерморегулирующего устройства значительно меньше мощности электрического теплообменного устройства. Предложенная система
терморегуляции позволяет обеспечить стабильную работу моноблока в большем диапазоне температур внешней среды.
Технический результат достигается также тем, что оконечные температурные датчики преимущественно размещены на наружной поверхности основания излучателя, противоположной выводу излучения, в корпусе излучателя на уровне выходного окна, у боковых стенок моноблока, на отсечной заслонке, у основания моноблока, противоположного выводу излучения.
Технический результат достигается также тем, что радиоприемопередающее устройство и встроенная система контроля помещены по оси центральной выходной части моноблока.
Технический результат достигается также тем, что торцевая и средняя части корпуса моноблока выполнены пылевлагозащищенными.
Технический результат достигается тем, что все системы и устройства, размещенные в торцевой и выходных частях, соединены с системами и устройствами средней части Лазерного маяка разъемными электрическими и информационными кабелями.
Технический результат достигается также тем, что встроенная часть системы управления и встроенная система контроля соединены друг с другом, с возможностью подключения переносного пульта контроля Лазерного маяка. Следует заметить, что дистанционный пульт управления курсоглиссадной системой в целом и каждым Лазерным маяком системы в отдельности, как элемент внешней системы управления и внешней системы контроля, будет находиться на рабочем месте диспетчера аэропорта.
Существо предложенного нового и неочевидного Лазерного маяка курсоглиссадной системы посадки состоит в совокупности предложенного излучателя со съемными миниблоками, содержащими предложенные пеналы с лазерными диодами, с упрощенной возможностью удаления и замены последних, с обеспечением использования упрощенного юстирующего устройства и упрощенной юстировки пенала, с предложенными системами терморегуляции и управления и встроенной системой контроля, помещенными и неотъемлемо связанными с излучателем и его элементами и друг с другом.
Нами достигнут упомянутый технический результат - увеличение надежности и долговечности, уменьшение габаритов, веса, энергопотребления изделия, упрощение обслуживания и пользования, расширение условий применяемости предложенного Лазерного маяка.
Техническая реализация решений, предложенных в настоящей полезной
модели лазерного маяка, основана на известных базовых технических и технологических процессах, которые к настоящему времени хорошо разработаны и широко применяются. Предложение удовлетворяет критерию «промышленная применимость».
В соответствии со второй полезной моделью поставленная задача решается тем, что предложен лазерный излучатель для указания направления, включающий корпус по крайней мере с двумя кюветами, со съемным миниблоком с корпусом в каждой кювете, стенками корпусов миниблоков по центральной оси излучателя образована полость заданного объема, в каждом миниблоке имеется по крайней мере один протяженный пенал с индивидуальными лазерным диодом в основании пенала и выходным коллиматором, размещенным в выходной части пенала, в основании и выходной части миниблока имеются соосные отверстия для крепления пенала после его предварительной юстировки, причем при работе лазерного маяка оптические оси лазерных излучений всех лазерных диодов сведены в одной условной точке по оси излучателя, основание соответствующего миниблока размещено на рабочей поверхности соответствующего электротерморегулирующего устройства, по крайней мере по одному оконечному температурному датчику размещено в каждом миниблоке около каждого пенала в непосредственной близости к лазерному диоду в нем, каждый датчик соединен с микроконтроллером системы управления и контроля, включающей схему управления миниблоками, соединенную со схемами управления лазерными диодами.
Основное отличие предложенного лазерного излучателя (далее «Излучатель») от прототипа, его новизна и неочевидность в его модульном исполнении в совокупности с выбором и исполнением элементов, их взаимном размещении и с помещением лазерного модуля: лазерный диод - выходной коллиматор, в предложенный пенал сменного миниблока, который и позволил значительно упростить удаление и замену (при необходимости) лазерного диода, а также упростить устройство юстировки и обеспечить значительное упрощение и повышение точности способа юстировки. Это обеспечивает упрощенную заменяемость элементов, управляемость и контроль. При весьма различных температурах окружающей среды: от минус 60°С до плюс 80°С Излучатель дает возможность создать требуемый рабочий температурный режим в корпусе моноблока (от минус 10°С до плюс 20°С) для обеспечения требуемой температуры работы лазерных диодов для сохранения в процессе работы Излучателя стабильности мощности излучения, длины волны и точности юстировки.
Суперпозиция излучения лазерных диодов, преимущественно маломощных, как каждого миниблока, так и Излучателя в целом, обеспечивает образование пространственно - протяженных светящихся ориентиров, обозначающих глиссадную плоскость и курс захода на посадку. Низкая совокупная плотность излучения Излучателя безопасна для органов зрения экипажа летательного аппарата даже при прямом попадании в пятно излучения на любом расстоянии от излучателя. Совокупность признаков Излучателя обеспечила достижение поставленного технического результата.
В зависимости от поставленных технических задач технический результат достигается также тем, что
- лазерные диоды при работе излучают на одинаковой длине волны;
- лазерные диоды при работе излучают на разных длинах волн;
- длина волны излучения лазерных диодов находится в видимом диапазоне излучения;
- установлены лазерные диоды малой мощности с высокими ресурсом работы и надежностью.
Технический результат достигается также тем, что пеналы с лазерными диодами, при работе излучающими на большей длине волны, помещены по большей окружности излучателя, а пеналы с лазерными диодами, при работе излучающими на меньшей длине волны, помещены ближе к центру излучателя.
Технический результат достигается также тем, что продольные оси кювет и миниблоков параллельны совпадающим продольным осям излучателя и моноблока.
Технический результат достигается также тем, что со стороны вывода излучения пенал имеет наконечник в форме конуса, самоцентрирующийся в конической выемке выходного отверстия миниблока, внутри которой выходной коллиматор закреплен, например, специальной гайкой со сферической поверхностью на заданном расстоянии от лазерного диода по оптической оси лазерного излучения, с противоположной стороны в основании пенала имеется наконечник с лазерным диодом и выводами питания и управления с наружной поверхностью в форме эллипсоида вращения с пазами, например, с четырьмя, жестко закрепленный между стенками отверстия в основании миниблока диэлектрическим материалом с высокой теплопроводностью. Кроме того, в пазах могут находиться клинья, ранее использованные для проведения юстировки. Предложенное позволило значительно упростить как устройство юстировки, так и
ее проведение, повысить ее точность. При необходимости упрощается удаление и смена лазерных диодов из заменяемых миниблоков.
Технический результат достигается также тем, что излучатель имеет правильный n-гранный корпус, за каждой гранью которого размещена кювета с миниблоком, где n равно по крайней мере трем.
Предложено, чтобы перпендикулярно выводу излучения поперечное сечение каждой кюветы и соответствующего миниблока имело форму трапеции с меньшим основанием ближе к центру излучателя, образуя упомянутую центральную полость и дополнительные полости между корпусами излучателя и моноблока, что позволяет уменьшить влияние температуры внешней среды на работу излучателя и всех элементов моноблока и обеспечить работоспособность с постоянной мощностью излучения на более широком интервале температур окружающей среды.
Возможно создавать корпуса излучателя с различным числом граней, которое зависит от поставленных решаемых задач. Преимущество имеют шести- и восьмигранные корпуса излучателя позволяющие при небольших габаритах моноблока разместить требуемое число лазерных диодов, создающих необходимую плотность излучаемой мощности при комфортном температурном режиме и потребляемой мощности. Предложено излучатель выполнять шестигранным, в каждой его грани в кювете помещен соответствующий миниблок с четырьмя пеналами, при этом три пенала с лазерными диодами, излучающими при работе на одной большей длине волны, расположены на дуге одной окружности большего радиуса относительно центральной продольной оси излучателя, а один пенал с лазерным диодом, излучающим при работе на меньшей длине волны, расположен на условной дуге другой окружности меньшего радиуса относительно центральной продольной оси излучателя.
Технический результат достигается также тем, что в излучателе каждый миниблок имеет просветленное электроподогреваемое выходное окно для улучшения вывода излучения и уменьшения зависимости от температуры внешней среды.
Кроме того, в каждом миниблоке выходное окно расположено под заданным углом к направлению излучения, для исключения попадания отраженного излучения в пеналы.
Технический результат достигается также тем, что радиаторы всех миниблоков расположены в упомянутой центральной полости, что позволяет уменьшить габариты излучателя и моноблока, а также улучшает терморегуляцию
лазерных диодов, чем обеспечивает стабильность их длины волны излучения в течение всего периода работы.
Новый и неочевидный Излучатель позволяет значительно упростить обслуживание и пользование, а именно, упростить удаление и замену (при необходимости) лазерного диода, а также упростить устройство юстировки и обеспечить значительное упрощение и повышение точности способа юстировки. Система управления поддерживает в основании миниблока температуру в интервале, рекомендуемом техническими условиями эксплуатации лазерных диодов, при различных режимах работы маяка в диапазоне от минус 60°С до плюс 80°С, а именно, в режиме ожидания и в рабочем режиме с регулируемой мощностью излучения. Увеличены надежность и долговечность Излучателя, обеспечено управление температурным режимом Излучателя и миниблоков в процессе работы, то есть обеспечено значительное снижение энергопотребления, расширены условия применяемости предложенного Излучателя без изменения его конструкции даже в процессе работы, уменьшены габариты и вес, а также упрощено обслуживание и пользование. Сказанное обеспечено предложенной модульностью элементов Излучателя, конструкциями миниблока и пенала в нем в совокупности с выбором и исполнением элементов, их взаимном размещении и креплении.
Техническая реализация решений, предложенных в настоящей полезной модели лазерного излучателя, основана на известных базовых технических и технологических процессах, которые к настоящему времени хорошо разработаны и широко применяются. Предложение удовлетворяет критерию «промышленная применимость».
Краткое описание чертежей
Настоящая полезная модель поясняется фигурами 1-7.
На Фиг.1 изображена блок - схема предложенного лазерного маяка.
На Фиг.2 схематически изображено продольное сечение моноблока лазерного маяка.
На фиг.3 схематически изображено продольное сечение излучателя лазерного маяка.
На фиг.4 изображена аксонометрия миниблока.
На фиг.5 изображена аксонометрия пенала с лазерным диодом.
На фиг.6 схематически изображено продольное сечение пенала с эллипсоидальным наконечником.
На фиг.7 схематически изображено продольное сечение лазерного излучателя.
Варианты осуществления полезной модели
В дальнейшем полезная модель поясняется конкретными вариантами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи. Приведенные ниже примеры модификаций моноблока предложенного Лазерного маяка курсоглиссадной системы посадки (далее «Лазерный маяк») и лазерного излучателя (далее «Излучатель») не являются единственными и предполагают наличие других реализации, особенности которых отражены в совокупности признаков формулы полезной модели.
Предложенный Лазерный маяк содержит моноблок 1, систему управления 2, состоящую из встроенной части системы управления 2а, размещенной в моноблоке 1, и внешней системы управления 2б, находящейся вне моноблока 1, а также систему контроля 3, состоящую из встроенной системы контроля 3а, размещенной в моноблоке 1, и внешней системы контроля 3б, находящейся вне моноблока 1 (см. Фиг.1). В моноблоке 1 также размещены излучатель Лазерного маяка, для удобства изложения также названный в дальнейшем Излучатель 4, система терморегуляции 5 (см. Фиг.2). Корпус 6 моноблока 1 в виде круглого прямого цилиндра выполнен разъемным и имеет торцевую 7, среднюю 8 и выходную 9 части, при этом торцевая и средняя части выполнены  пылевлагозащищенными.
Рассматриваемый Излучатель 4 предназначен для создания пучка лучей лазерного излучения лазерных диодов 10 и обеспечения их сведения в одной условной «точке» на удалении 4 км по оси излучателя. Излучатель 4 помещен в
среднюю часть 8 корпуса 6.
Система терморегуляции 5 предназначена для поддержания в корпусе 6 моноблока 1 рабочей температуры в диапазоне от минус 10°С до плюс 20°С для обеспечения регламентированной техническими условиями температуры работы лазерных диодов 10, при весьма различных температурах окружающей среды: от минус 60°С до плюс 80°С. Система терморегуляции 5 распределена во всех трех частях корпуса 6.
Система управления 2 предназначена для управления курсоглиссадной
системой в целом и каждым Лазерным маяком системы в отдельности. Встроенная часть системы управления 2а, размещенная в моноблоке 1, предназначена для управления режимами состояния Излучателя 4 (режим ожидания и рабочий режим с регулируемой мощностью излучения), а также работой элементов системы терморегуляции 5.
Система управления 2 соединена с системой контроля 3. Встроенная система контроля 3а предназначена для проверки целостности электросхем встроенной части системы управления 2а, работоспособности Излучателя 4 и элементов системы терморегуляции 5 путем сравнения фактических характеристик с заложенными в конструкции, формирования интегральной оценки состояния и передачи через систему управления 2 сигнала о готовности Излучателя 4 к работе.
Имеется дистанционный пульт управления курсоглиссадной системой в целом и каждым Лазерным маяком системы в отдельности, как элемент внешней системы управления 2б и внешней системы контроля 3б (находится на рабочем месте диспетчера аэропорта и на фигурах не показан).
Рассматриваемый Излучатель 4 (см. Фиг.3) укомплектован восемнадцатью лазерными диодами 10а с длиной волны излучения 630 нм и шестью лазерными диодами 10б с длиной волны излучения 585 нм. Излучатель 4 заключен в корпус 11 в форме правильного шестигранного параллелепипеда и образует шесть периферийных полостей 12 между гранями корпуса 11 и корпусом 6 моноблока 1. В Излучателе 4 имеется шесть кювет 13, в каждой из которых, как в направляющей, помещен легкосъемный миниблок 14, каждый со своим корпусом, в поперечном сечении имеющий форму трапеции (см. Фиг.4). Большие основания трапеций образуют грань 15 корпуса миниблока 14, параллельную грани Излучателя 4. Меньшие основания трапеций образуют грань 16 миниблока 14, размещенную ближе к центру Излучателя 4. Грани 16 ограничивают с боков центральную полость 17 Излучателя 4. В каждом миниблоке 14 имеется четыре пары соосных отверстий 18 и 19, соответственно, в его основании 20 и выходной части 21. В каждой паре помещен протяженный пенал 22 (см. Фиг.5). В пенале 22 имеются соответствующий лазерный диод 10а или 10б и выходной коллиматор 23. Каждый лазерный диод 10а или 10б закреплен на конце эллипсоидального наконечника 24, помещаемом внутрь пенала и являющегося его основанием (см. Фиг.6). Эллипсоидальный наконечник 24 имеет наружную поверхность в форме эллипсоида вращения (в сечении - эллипс малого эксцентриситета). По эллипсоидальной поверхности выполнено четыре паза 25. В каждом из них находиться по клину 26, использованному ранее для юстировки пенала 22 в
миниблоке 14 (возможно отсутствие клиньев 26 в части или во всех пазах 25). Свободное пространство между внутренней поверхностью стенок отверстия 18 в основании 20 миниблока 14 и наружной поверхностью наконечника 24 пенала 22 и оставшееся в упомянутых пазах 25 заполнено диэлектрическим материалом с высокой теплопроводностью, что обеспечивает жесткую фиксацию пенала 22 в миниблоке 14. Теплопроводные свойства диэлектрического материала близки к теплопроводным свойствам конструкционных материалов пенала 22 и корпуса миниблока 14.
С противоположной стороны, со стороны вывода излучения, пенал 22 (см. Фиг.5) имеет наконечник 27 в форме конуса, самоцентрирующийся в конической выемке выходного отверстия 19 миниблока 14. Внутри конусного наконечника 27 выходной коллиматор 23 закреплен специальной гайкой со сферической поверхностью (на фигурах не показана). Наконечники 24 и 27 имеет плотную посадку в пенал 22.
Пеналы 22 с лазерными диодами 10а, по три в каждом миниблоке 14, равномерно размещены по одной окружности ближе к наружному краю Излучателя 4, а пеналы 22 с лазерными диодами 10б, по одному в каждом миниблоке 14, равномерно расположены по другой окружности ближе к внутренней части Излучателя 4.
Со стороны вывода излучения каждый миниблок 14 имеет просветленное электроподогреваемое выходное окно 28.
Размещение миниблоков 14 в Излучателе 4 производится путем его фиксации в переднем посадочном замке кюветы 13 и жесткого закрепления путем стягивания болтом через проушину 29 миниблока 14 на задней посадочной площадке кюветы 13.
Продольные оси миниблоков 14 и кювет 13 попарно совпадают и параллельны продольной оси Излучателя 4, совпадающей с продольной осью моноблока 1.
Конструкция Излучателя 4, включая конструкции миниблоков 14 и пеналов 22, предопределили простоту его сборки и процесса юстировки, обеспечили сведение в одной условной точке по оси излучателя оптических осей лазерных излучений всех работающих лазерных диодов 10, для данного примера - на удалении 4 километров.
Нами упрощено устройство юстировки, включающее упомянутые клинья 26 для юстировки, значительно упрощен способ юстировки и повышена его точность. Значительно упрощены удаление и замена (при необходимости) лазерного диода
10а или 10б. Следовательно, упрощено обслуживание и пользование Излучателя 4, а также Лазерного маяка.
Система терморегуляции 5 (см. Фиг.2) состоит из:
- электротерморегулирующих устройств малой (12 ватт) мощности 30 (далее ЭТРУ 30) с пластинами 31 Г-образной формы; на рабочих поверхностях каждой из них размещены соответствующие основания 20 миниблоков 14 (его торец и боковая поверхность в центральной полости 17);
- радиаторов 32 ЭТРУ 30, размещенных на поверхности, противоположной рабочей ЭТРУ 30 в центральной полости 17;
- отсечной заслонки 33, расположенной между выходными торцами моноблока 1 и Излучателя 4, параллельно им, с возможностью электроподогрева контура заслонки 33,
- совокупности оконечных температурных датчиков 34, часть которых размещена в миниблоках 14 по одному около каждого пенала 22 в непосредственной близости к лазерному диоду 10а или 10б в пенале 22 (на фигурах не показаны), а другие распределены по всему объему моноблока 1, а именно, на наружной поверхности основания Излучателя 4, в его корпусе 11 на уровне выходного окна 28, у отсечной заслонки 33 около боковых стенок моноблока 1, и у торца корпуса 6 моноблока 1, противоположного выводу излучения;
- фильтра грубой очистки воздуха 35, являющегося торцом корпуса 6 моноблока 1;
- электровентилятора 36, помещенного внутри моноблока 1 рядом с фильтром 35;
- электрического теплообменного устройства повышенной (800 ватт) мощности 37, помещенного в среднем сечении разъемного воздушного короба 38,
- фильтра тонкой очистки воздуха 39, расположенного вблизи основания
Излучателя 4 и параллельно ему.
Фильтры 35 и 39 оснащены датчиками засоренности 40.
В выходном торце 41 корпуса 6 моноблока 1 предусмотрены отверстия 42 для вывода излучения лазерных диодов 10, согласующиеся с расположением выходных окон 28 Излучателя 4. Выходной торец 41 помещен на расстоянии от выходных окон 28 миниблоков 14 Излучателя 4 (выходной поверхности Излучателя 3), что препятствует попаданию осадков, пыли и т.д. на выходные окна 28.
Встроенная часть системы управления 2а включает микроконтроллер формирования управляющих команд по значениям фактических температур в каждом миниблоке 14 и контролируемых точках объема моноблока 1, схему управления миниблоками 14, соединенную со схемами управления лазерными диодами 10, радиоприемопередающее устройство 43. Микроконтроллер соединент
с совокупностью оконечных датчиков температуры 34, датчиками засоренности 40 фильтров 32 и 36 и с датчиком регистрации 44 положения лепестков отсечной заслонки 33. Элементы встроенной части системы управления 2а распределены во всех трех частях корпуса 6. Упомянутый микроконтроллер, платы со схемами управления миниблоками и управления лазерными диодами 10 распределены по блокам 45, размещенными в торцевой части 7 вблизи основания Излучателя 4.
Встроенная система контроля 3а включает микроконтроллер проверки и формирования команды состояния. Радиоприемопередающее устройство 43 и встроенная система контроля 3а помещены по оси центральной выходной части 9 моноблока 1.
Все системы и устройства, размещенные в торцевой 7 и выходной 9 частях, соединены с системами и элементами средней 8 части Лазерного маяка разъемными электрическими и информационными жгутами. В моноблоке 1 имеются присоединительные электрические и механические разъемы.
В системы управления 2 и контроля 3 Лазерного маяка также входят (на фигурах не показаны) дистанционный пульт управления, переносной пульт контроля, расположенные вне моноблока 1, а также часть электрических и информационных кабелей связи, автономные источники питания различного исполнения, которые могут быть расположены как в моноблоке 1, так и вне его. Встроенная часть системы управления 2а соединена со встроенной системой контроля 3а, имеется разъем для возможности подключения переносного пульта контроля Лазерного маяка.
Корпус 6 моноблока 1 имеет крышки, через которые легко может производиться требуемое обслуживание или замена вышедших из строя элементов моноблока 1, в том числе миниблоков 14 Излучателя 4, системы терморегуляции 5, встроенной части системы управления 2а, встроенной системы контроля 3а, что упрощает обслуживание и пользование Лазерным маяком. Элементы систем и Излучателя 4 оптимально подобраны по весу и габаритам, что позволило значительно уменьшить вес и габариты моноблока 1 Лазерного маяка и Излучателя 4, а также обеспечить оптимально удобное расположение элементов систем и Излучателя 4. Последнее также позволило упростить обслуживание моноблока 1 Лазерного маяка.
При работе Лазерного маяка количество и порядок одновременно излучающих лазерных диодов 10 в каждом из миниблоков 14 задается по команде системы управления 2 с дистанционного пульта управления, что обеспечивает сохранность формы, индикатриссы излучения и определяет мощность Излучателя
4 в целом. Энергопитание каждого лазерного диода 10 автономно и производится системой управления 2 через схему управления миниблоками 14, соединенную со схемами управления лазерными диодами 10.
Температурный режим лазерных диодов 10 в моноблоке 1 одинаков за счет практически равной теплопроводности конструктивных материалов корпуса 6 моноблока 1, корпуса 11 Излучателя 4, корпуса миниблока 14, пенала 22, используемого для фиксации диэлектрического материала, конструктивных особенностей размещения пеналов 22 и самой конструкции миниблока 14, работы ЭТРУ 30 с радиаторами 32.
Температурная однородность обеспечивается в целом системой терморегуляции 5 по командам системы управления 2, вырабатываемым по показаниям оконечных температурных датчиков 34 в миниблоках 14 и их сравнения с требуемым расчетным значением. Доведение температуры в корпусе 11 Излучателя 4 до рабочей выполняется с помощью считывания показаний значений температур в точках размещения оконечных температурных датчиков 34, работы электровентилятора 36, электрического теплообменного устройства повышенной мощности 37 с воздушными коробами 38, регулирования положения лепестков отсечной заслонки 33 и ее температуры через систему управления 2 (радиоприемопередающее устройство 43 и микроконтроллер проверки и формирования команды состояния встроенной системы контроля 3а). Обеспечение температуры лазерных диодов 10, регламентированной техническими условиями их работы, производится во всех шести миниблоках 14 с помощью ЭТРУ 30 при рабочей температуре в корпусе моноблока от минус 10°С до плюс 20°С.
Также для поддержания рабочей температуры используется регулирование положением лепестков отсечной заслонки 33, а именно, закрытое положение отсечной заслонки 33 позволяет быстро прогреть или охладить внутренний объем Излучателя 4 при любой температуре окружающего воздуха и нахождении Лазерного маяка в режиме ожидания на включение, а открытое положение - охладить внутренний объем Излучателя 4 пропускаемым нагнетаемым электровентилятором 36 воздухом при высоких положительных температурах окружающего воздуха, что также предохраняет выходные окна 28 миниблоков 14 от запыления и попадания капель осадков в виде дождя, снега или тумана.
Кроме того, весь объем воздуха, используемый для охлаждения или подогрева Излучателя 4, фильтруется через сменные фильтры грубой 35 и тонкой 39 очистки.
При работе Лазерного маяка имеется возможность с помощью встроенной системы контроля 3а осуществлять проверку целостности электросхем и работоспособности Излучателя 4, системы терморегуляции 5 и управления 2 путем сравнения фактических характеристик с заложенными в конструкции, формирования интегральной оценки состояния и передачи через систему управления 2 сигнала о готовности Излучателя 4 к работе.
Лазерный маяк работает следующим образом. При подаче напряжения на Излучатель 4 через встроенную систему контроля 3а системой управления 2 производится проверка исправности электрических цепей миниблоков 14, микроконтроллеров и оконечных датчиков температур 34, запыленности фильтров 35 и 39, положения лепестков отсечной заслонки 33, радиоприемопередающего устройства 43, а также схем управления миниблоками 14 и лазерными диодами 10а и 10б. В случае исправности (прохождения теста на исправность), за заданное техническим заданием время, системой термостабилизации 5 производится доведение до рабочей температуры в корпусе моноблока 1 от минус 10°С до плюс 20°С и до регламентированной техническими условиями - для лазерных диодов 10а и 10б.
При нормальных метеоусловиях обычно включено по два лазерных диода: 10б и один - 10а в каждом миниблоке 14. Выбор работы Излучателя 4 Лазерного маяка на двух разных длинах волн (в нашем случае с длиной волны излучения 630 нм - 10а и с длиной волны излучения 585 нм - 10б) обусловлен необходимостью создания пространственно-протяженного луча, видимого на удалениях до 11 километров при дальности видимости 5 и менее километров. По команде с контрольно-диспетчерского пункта аэропорта через пульт дистанционного управления производится включение Излучателя 4, при этом на мониторе пульта постоянно горит транспарант «ИЗЛУЧАТЕЛЬ ВКЛЮЧЕН В РЕЖИМЕ 1».
В случае неисправности (непрохождения теста на исправность систем) системой контроля 3 вырабатывается сводная команда «ИЗЛУЧАТЕЛЬ НЕИСПРАВЕН», которая передается и изображается на мониторе пульта дистанционного управления на контрольно-диспетчерский пункт аэропорта.
При заходе летательного аппарата в зону аэропорта для посадки, включенная курсоглиссадная система из трех Лазерных маяков создает в пространстве курсоглиссадные символы, обеспечивающие экипаж летательного аппарата возможностью мгновенного и визуального позиционирования. После посадки летательного аппарата по команде с дистанционного пульта управления производится выключение излучения (на мониторе пульта загорается транспарант
«ИЗЛУЧАТЕЛЬ ВЫКЛЮЧЕН»), Лазерный маяк и курсоглиссадная система в целом переводится в режим ожидания следующего включения, при этом все системы Лазерных маяков находятся в рабочем состоянии, температурный режим поддерживается оптимальным, лепестки отсечной заслонки либо открыты либо закрыты, в зависимости от температуры внутри излучателя.
При сложных метеоусловиях (интенсивный дождь, снег, туман) мощность излучения Лазерного маяка может быть увеличена по команде диспетчера аэропорта через дистанционный пульт управления путем включения в работу третьего (увеличение на 50%) и четвертого (увеличение на 100%) лазерных диодов 10а (с длиной волны излучения 630 нм) каждого миниблока 14 (при этом на мониторе дистанционного пульта управления загораются транспаранты «ИЗЛУЧАТЕЛЬ ВКЛЮЧЕН В РЕЖИМЕ 2» или «ИЗЛУЧАТЕЛЬ ВКЛЮЧЕН В РЕЖИМЕ 3»).
Обеспечение и управление в процессе работы температурным режимом внутри моноблока 1, Излучателя 4 и миниблоков 14 приводит к значительному снижению энергопотребления Лазерным маяком, к увеличению его надежности и долговечности.
В другом примере в Излучателе 4 Лазерного маяка использованы лазерные диоды 10б. - одной длины волны излучения, равной 540 нм, что целесообразно для снижения себестоимости Лазерного маяка при работе на местных посадочных площадках, при практически постоянной хорошей видимости. В этом случае различие с Лазерным маяком предшествующего примера заключается только в комплектации миниблоков 14 лазерными диодами 10б, в программах системы управления 2 и системы контроля 3, которые не являются предметами настоящей заявки.
В случае комплектации миниблоков 14 лазерными диодами 10, работающими на разных длинах волн, получено расширение условий применяемости предложенного Лазерного маяка без изменения его конструкции. Изменение длины волны Излучателя 4 влияет на изменение применений Лазерного маяка без смены миниблоков 14, а только перенастройкой программ системы управления 2.
В следующем примере Лазерный излучатель для указания направления (Излучатель) использован автономно (см. Фиг.7). Он аналогичен рассмотренному в примере 1 Излучателю 4 (см. фигуры 3-6), в котором дополнительно в центральной полости 15 установлены блоки 46 системы управления и контроля.
Все ранее изложенное позволило использовать Лазерный маяк и Излучатель при температурах внешней среды в диапазоне от минус 60°С до плюс
80°С, при неблагоприятных метеоусловиях с резкими их изменениями, так как обеспечена возможность быстрой перестройки режима их работы. Обеспечено поддержание оптимальной температуры в корпусе 6 моноблока 1, в Излучателе 4 и в каждом его миниблоке 14. В течение всего периода работы сохраняется излучение каждого лазерного диода 10 требуемой длины волны и выходной мощности, а также сведение оптических осей лазерных излучений всех лазерных диодов 10 в одной условной точке по оси излучателя.
В предложенных полезных моделях Лазерного маяка и Излучателя весьма просто осуществляется дальнейшее наращивание мощности излучения путем увеличения количества кювет 13, пеналов 20 в миниблоках 14, при сохранении повышенной надежности и долговечности Лазерного маяка и Излучателя, без значительного увеличения энергопотребления, веса и габаритов. Нами исключена возможность ослепления экипажа источниками излучения при заходе на посадку летательного аппарата.
Промышленная применимость
Лазерный маяк курсоглиссадной системы и лазерный излучатель в составе Лазерного маяка могут быть использованы для обеспечения посадки летательных аппаратов на взлетно-посадочные полосы аэродромов, на необорудованные площадки, проводки судов в пролетах мостов и на сложных водных путях. Кроме того, лазерный излучатель может быть использован в системах подсветки, пространственной визуализации в строительстве, шоу-бизнесе и в образовании.