УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОИСКА БОРТОВОГО САМОПИСЦА ПОД ВОДОЙ И СПОСОБ ПОИСКА С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
APPARATUS FOR SEARCHING FOR FLIGHT RECORDER UNDER WATER AND METHOD FOR SEARCH USING SAME

Область техники
Настоящее изобретение относится к области авиации, а именно к устройству для поиска бортового самописца под водой и способу поиска с его использованием.
Предшествующий уровень техники
После крушения самолета поиск бортового самописца, который также называют черным ящиком, становится главной задачей в расследовании причин крушения. С развитием технологий все больше развиваются и технологии поиска бортового самописца. Обычный черный ящик выполняется из материала, устойчивого к огню, морской воде и давлению. При этом черный ящик способен передавать поисково-спасательную информацию лишь в течение 30 дней. Из-за сложности условий природно-ландшафтной среды ряд мест, черный ящик найти достаточно сложно. Даже при использовании самых передовых технологий поиска остается проблема ограничения по времени поиска, особенно при падении черного ящика на дно океана.
Раскрытие изобретения
Ввиду существования вышеописанных проблем, целью настоящего изобретения является обеспечение устройства для поиска бортового самописца самолета под водой и способ поиска с его использованием. Настоящее изобретение способствует значительному облегчению поиска бортового самописца под водой после крушения самолета.
Для достижения этих целей, в одном аспекте настоящего изобретения обеспечивается устройство для поиска бортового самописца под водой, включающее: черный ящик, содержащий первый замок; выбрасывающее устройство; первый лючок, содержащий первую канавку; первую пружину; первый автоматический замок; третью пружину и четвертую пружину. Черный ящик размещен внутри выбрасывающего устройства. Первый лючок, первый автоматический замок, третья пружина и четвертая пружина расположены на одной стороне выбрасывающего устройства. Первая канавка выполнена на внутренней стороне первого лючка. Первая пружина размещена в первой канавке; один конец первой пружины соединен с первым замком, при этом первый замок расположен на одной стороне черного ящика. Первый автоматический замок соединен с первым лючком для управления открытием первого лючка. Третья пружина и четвертая пружина выполнены с возможностью откидывания первого лючка от выбрасывающего устройства при открытии первого автоматического замка.
Устройство может дополнительно включать: второй замок; второй лючок, содержащий вторую канавку; вторую пружину; второй автоматический замок; пятую пружину и шестую пружину. Второй лючок, второй автоматический замок, пятая пружина и шестая пружина расположены на другой стороне выбрасывающего устройства. Вторая канавка выполнена на внутренней стороне второго лючка; один конец второй пружины соединен со вторым замком, при этом второй замок расположен на другой стороне черного ящика. Второй автоматический замок соединен со вторым лючком для управления открытием второго лючка. Пятая пружина и шестая пружина выполнены с возможностью откидывания второго лючка от выбрасывающего устройства при открытии второго автоматического замка.
Выбрасывающее устройство может быть выполнено в виде полого куба, при этом две стороны выбрасывающего устройства выполнены открытыми. Полый куб включает: корпус, ударопрочный слой, термостойкий слой и внутреннюю облицовку, содержащую пакетный слой, при этом пакетный слой имеет параллелепипедную полость. Приемник сигнала, резервная батарея, датчик центра тяжести и датчик колебаний расположены внутри параллелепипедной полости.
Черный ящик включает корпус. При этом радиомаяк, система GPS, микропроцессор, батарея и датчик давления воды расположены внутри корпуса.
Черный ящик имеет форму эллипсоида, при этом объем черного ящика находится в пределах между 60 и 80 дм³, а вес черного ящика составляет 50 кг.
Корпус черного ящика заполнен внутри пеностальным наполнителем.
В другом аспекте настоящего изобретения обеспечивается способ поиска бортового самописца под водой с использованием устройства по настоящему изобретению. Способ включает следующие операции:
1) ожидание 30 секунд после отключения системы GPS и определение необходимости запуска выбрасывающего устройства:
повторное 30 секундное ожидание, если давление воды, определяемое датчиком давления воды, меньше заданного значения воды на глубине;
или переход к операции (2), если давление воды, определяемое датчиком давления воды, больше заданного значения воды на глубине;
2) определение угла удара самолета с помощью датчика удара или определение состояния покоя черного ящика, если удара не произошло;
3) определение положения черного ящика с помощью датчика центра тяжести, отправка сигнала от датчика центра тяжести в микропроцессор и управление открытием первого лючка или второго лючка с помощью микропроцессора;
4) определение открытия первого автоматического замка, откидывание первого лючка от выбрасывающего устройства и выбрасывание черного ящика через первый лючок; или открытие второго автоматического замка, откидывание второго лючка от выбрасывающего устройства и выбрасывание черного ящика через второй лючок;
5) включение радиомаяка после выброса черного ящика;
6) ожидание 30 секунд и определение необходимости включения системы GPS:
повторное 30 секундное ожидание, если давление воды, определяемое датчиком давления воды, больше 500 кПа; или
переход к операции (7), если давление воды, определяемое датчиком давления воды, меньше 500 кПа; и
7) включение системы GPS, определение времени и местоположения с помощью спутника и отправка поисково-спасательной информации.
Процесс отправки поисково-спасательной информации в операции (7) длится 10 минут; после этого черный ящик выключается, а затем включается и вновь отправляет поисково-спасательную информацию в течение 10 минут каждый час.
Черный ящик выполнен с возможностью передачи радиоволн, имеющих определенную частоту, при этом система черного ящика реагирует на приближение поисковой группы.
Устройство для поиска черного ящика по настоящему изобретению специально разработано для подводной среды так, чтобы можно было с легкостью определить его положение после погружения самолета в море на большую глубину.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, на которых представлено:
фиг. 1 - вид в разрезе, иллюстрирующий устройство для поиска бортового самописца под водой, установленного в самолете, по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 - схематичный вид выбрасывающего устройства по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
фиг. 3 - вид в разрезе, иллюстрирующий сечение А-А с фиг.1;
фиг. 4 - схематичный вид черного ящика по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
фиг. 5 - блок-схема, иллюстрирующая процесс выбрасывания черного ящика по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения; и
фиг. 6 - блок-схема, иллюстрирующая процесс, происходящий после выбрасывания черного ящика, по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Обозначения на чертежах: 1 - черный ящик; 1.1 - первый замок; 1.2 - второй замок; 1.3 - корпус; 1.4 - радиомаяк; 1.5 - система GPS; 1.6 - микропроцессор; 1.7 - резервная батарея; 1.8 - датчик давления воды; 1.9 - пеностальной наполнитель; 2 - выбрасывающее устройство; 2.1 - корпус; 2.2 - ударопрочный слой; 2.3 - термостойкий слой; 2.4 - внутренняя облицовка; 2.5 - прямоугольное отверстие; 3 - первый лючок; 4 - второй лючок; 5 - первая канавка; 6 - вторая канавка; 7 - первая пружина; 8 - вторая пружина; 9 - первый автоматический замок; 10 - второй автоматический замок; 11.1 - третья пружина; 11.2 - четвертая пружина; 11.3 - пятая пружина; 11.4 - шестая пружина.
Лучшие варианты осуществления изобретения
С целью дальнейшей иллюстрации настоящего изобретения, ниже приводятся примеры, подробно поясняющие устройство для поиска бортового самописца под водой и способ поиска с его использованием, которые сопровождаются чертежами.
Как показано на фиг. 1, устройство для поиска бортового самописца под водой включает: черный ящик 1, содержащий первый замок 1.1; выбрасывающее устройство 2; первый лючок 3, содержащий первую канавку 5; первую пружину 7; первый автоматический замок 9; третью пружину 11.1 и четвертую пружину 11.2. Черный ящик 1 размещен внутри выбрасывающего устройства 2. Первый лючок 3, первый автоматический замок 9, третья пружина 11.1 и четвертая пружина 11.2 расположены на одной стороне выбрасывающего устройства 2. Первая канавка 5 выполнена на внутренней стороне первого лючка 3. Первая пружина 7 размещена в первой канавке 5. Один конец первой пружины 7 соединен с первым замком 1.1; а другой конец первой пружины 7 расположен в первой канавке 5. Первый замок 1.1 расположен на одной стороне черного ящика 1. Первая пружина 7 служит для предотвращения выскакивания черного ящика 1 через первый лючок 3. Первый автоматический замок 9 соединен с первым лючком 3 для управления открытием первого лючка 3. Третья пружина 11.1 и четвертая пружина 11.2 выполнены с возможностью откидывания первого лючка 3 от выбрасывающего устройства 2 при открытии первого автоматического замка 9.
В качестве улучшенного варианта, устройство дополнительно содержит второй замок 1.2; второй лючок 4, содержащий вторую канавку 6; вторую пружину 8; второй автоматический замок 10; пятую пружину 11.3 и шестую пружину 11.4. Второй лючок 4, второй автоматический замок 10, пятая пружина 11.3 и шестая пружина 11.4 расположены на другой стороне выбрасывающего устройства 2. Вторая канавка 6 выполнена на внутренней стороне второго лючка 4. Вторая пружина 8 расположена во второй канавке 6. Один конец второй пружины 8 соединен со вторым замком 1.2; а другой конец второй пружины 8 расположен во второй канавке 6. Второй замок 1.2 расположен на другой стороне черного ящика 1. Вторая пружина 8 служит для предотвращения выпадения черного ящика 1 через второй лючок 4. Второй автоматический замок 10 соединен со вторым лючком 4 для управления открытием второго лючка 4. Пятая пружина 11.3 и шестая пружина 11.4 выполнены с возможностью откидывания второго лючка 4 от выбрасывающего устройства 2 при открытии второго автоматического замка 10.
Выбрасывающее устройство предназначено для выбрасывания черного ящика из кабины самолета так, чтобы черный ящик имел возможность всплыть на поверхность воды. Лючки предназначены для защиты внутреннего пространства выбрасывающего устройства. Лючки расположены с двух сторон выбрасывающего устройства для выбрасывания черного ящика с любой стороны, при этом открытие любого из лючков управляется подачей сигнала. Черный ящик размещен внутри выбрасывающего устройства с возможностью выхода из него через любую из двух сторон. Когда первый лючок или второй лючок открывается, черный ящик выскакивает через соответствующий лючок за счет пружины.
Как показано на фиг. 1, для открытия лючков используются третья пружина 11.1, четвертая пружина 11.2, пятая пружина 11.3 и шестая пружина 11.4, за счет чего черный ящик 1 может успешно выскакивать из выбрасывающего устройства 2. Как показано на фиг. 2 и фиг. 3, выбрасывающее устройство 2 выполнено в виде полого куба; при этом две стороны выбрасывающего устройства 2 выполнены открытыми. Полый куб включает: корпус 2.1, ударопрочный слой 2.2, термостойкий слой 2.3 и внутреннюю облицовку 2.4, содержащую пакетный слой; при этом пакетный слой имеет параллелепипедную полость 2.5. Приемник сигнала, резервная батарея, датчик центра тяжести и датчик удара расположены внутри параллелепипедной полости 2.5.
Пространство внутри полого куба служит для вмещения черного ящика и для реализации функции выталкивания. Дополнительно, вероятность повреждения черного ящика, защищенного выбрасывающим устройством, значительно уменьшается.
Как показано на фиг. 4, черный ящик 1 включает корпус 1.3. Радиомаяк 1.4, система GPS 1.5, микропроцессор 1.6, резервная батарея 1.7 и датчик давления воды 1.8 расположены внутри корпуса 1.3. Пеностальной наполнитель 1.9 заполняет свободное пространство внутри корпуса 1.3 черного ящика 1. Черный ящик 1 имеет форму эллипсоида, при этом объем черного ящика 1 находится в пределах между 60 и 80 дм³, а вес черного ящика составляет около 50 кг. Объем черного ящика может быть другим, в зависимости от веса, позволяющего черному ящику всплывать на поверхность морской воды.
3
В сравнении с известными черными ящиками, черный ящик по настоящему изобретению, показанный на фиг. 4, имеет больший объем, находящийся в пределах от 60 до 80 см, что улучшает перемещение черного ящика в морской воде, а также увеличивает выталкивающую силу морской воды, действующую на черный ящик. Настоящее изобретение включает ряд элементов, находящихся внутри выбрасывающего устройства. Как показано на фиг. 3, параллелепипедная полость 2.5 выполнена во внутренней облицовке для вмещения приемника сигнала, резервной батареи, датчика центра тяжести и датчика удара. Таким образом, приемник сигнала и термостойкий элемент находятся не в черном ящике, что несколько снижает его вес. Наполнитель из пористой стали заполняет пустое пространство черного ящика для подпора внешней стенки черного ящика и улучшения сопротивления давлению. В сравнении с обычной сталью, пеносталь имеет низкие вес и плотность, составляющую 1/10 от плотности обычной стали. Внешняя стенка черного ящика по настоящему изобретению имеет повышенную герметичность, тем самым предотвращается просачивание воды внутрь черного ящика, благодаря чему вес черного ящика может увеличиться, снизив способность его всплывания. Расположение радиомаяка 1.4, системы GPS 1.5, микропроцессора 1.6, резервной батареи 1.7 и датчика давления воды 1.8 внутри корпуса 1.3 также обеспечивает защиту этих элементов. Черный ящик 1 имеет форму эллипсоида, наиболее подходящую с точки зрения гидромеханики и улучшающую свойства сопротивления давлению и всплытия.
Далее поясняется способ поиска бортового самописца под водой с использованием устройства.
Способ включает следующие этапы.
Как показано на фиг. 5, операция 101: момент отключения системы GPS является началом, затем 30 секунд ожидания и определение необходимости запуска выбрасывающего устройства:
повторение операции 101, если давление воды, определяемое датчиком давления воды, ниже заданного давления на глубине, равного 2000 кПа, или
переход к операции 102, если давление воды, определяемое датчиком давления воды, выше или равно заданному давлению на глубине.
Заданное давление на глубине по настоящему изобретению является значением для управления нормальной работы системы, это значение может быть установлено в виде значения, по крайней мере в десять раз превышающего атмосферное давление (100 кПа). Если для самолета необходим запуск устройства на мелководье, заданное значение устанавливается на минимально возможное. С точки зрения океанографии, стандартное значение давления воды на глубине 300 м от поверхности воды составляет 3000 кПа. Если стандартное значение установить на 2000 кПа, то при крушении самолета в море и погружении его ниже 200 м, поиски черного ящика могут проводиться обычными аквалангистами.
Операция 102: определение положения черного ящика в пространстве: определение угла удара самолета с помощью датчика удара, и если удар не определен, то черный ящик считают находящимся в состоянии покоя. Затем, сигнал от датчика центра тяжести улавливается центром управления черного ящика, анализируется угол наклона самолета и определяется направление, в котором будет выброшен черный ящик. Далее, открывается соответствующий лючок, черный ящик выбрасывается ровно или под наклоном вверх; сигнал от датчика центра тяжести посылается на микропроцессор, открывается первый автоматический замок или второй автоматический замок в зависимости от уровневого сигнала, и открытие первого или второго лючка осуществляется под управлением микропроцессора. Принцип работы первого автоматического замка и второго автоматического замка является следующим: когда уровневый сигнал посылается на любой автоматический замок, автоматический замок переворачивается под действием магнитного поля так, что автоматический замок открывается. Затем, лючок, который уже не удерживается автоматическим замком, выталкивается из кабины под действием пружины. В качестве автоматического замка используется серийное изделие, которое открывается под действием уровневого сигнала.
Операция 103: при определении открытия первого автоматического замка, первый лючок отталкивается от выбрасывающего устройства, и черный ящик выбрасывается через первый лючок.
Операция 104: при определении открытия второго автоматического замка, второй лючок отталкивается от выбрасывающего устройства, и черный ящик выбрасывается через второй лючок.
Как показано на фиг. 6, операция 105: после выброса черного ящика, включается радиомаяк за счет системы управления черного ящика с помощью программы управления.
Операция 106: ожидание 30 секунд и определение включения системы GPS:
ожидание 30 секунд повторяется, если давление воды, определяемое датчиком давления воды, больше 500 кПа; или
переход к операции 107, если давление воды, определяемое датчиком давления воды, меньше или равно 500 кПа.
Операция 107: запуск системы GPS, определение времени и местоположения с помощью спутника и передача поисково-спасательной информации.
Процесс отправки поисково-спасательной информации длится 10 минут; при этом черный ящик выключается, а затем включается и вновь отправляет поисково-спасательную информацию в течение 10 минут каждый час.
Черный ящик выполнен с возможностью передачи радиоволн, имеющих определенную частоту; при этом система черного ящика реагирует на приближение поисковой группы.
Принцип действия настоящего изобретения является следующим.
Когда самолет терпит крушение в океане, датчик давления воды, соединенный с центром управления черным ящиком, детектирует очень высокое давление. Когда самолет стабилизируется, запускается система центрального управления. Сигнал от датчика центра тяжести обрабатывается системой центрального управления для определения наклона самолета, чтобы определить направление выброса черного ящика. Направление выброса должно быть вертикальным или под наклоном вверх для предотвращения выброса черного ящика в песок на дне океана. Когда система выброса запускается, черный ящик выбрасывается через лючок под действием результирующей силы от силы выталкивания воды, силы упругости, реакции опоры выбрасывающего устройства и силы тяжести. После выброса, черный ящик всплывает в вертикальном направлении за счет своего большого объема, при котором выталкивающая сила воды значительно больше силы тяжести. Когда черный ящик всплывает на поверхность воды, давление воды, определяемое датчиком давления воды, снижается до достаточно низкого значения, после чего включается система GPS. Система GPS сначала проходит синхронизацию времени со спутником, а затем с помощью спутника определяется местоположение. После вычисления местоположения начинают передаваться радиоволны, чтобы люди смогли получить информацию и быстро обнаружить черный ящик.
Процесс работы программы является следующим.
После запуска системы черного ящика включается радиомаяк (для поисково-спасательной информации) и запускается циклическая программа: показания датчика давления воды обрабатываются микропроцессором каждые 30 секунд для определения всплытия черного ящика на поверхность воды. Если давление воды снижается до достаточно низкого значения (P' обозначает значение 500 кПа), циклическая программа завершается. Далее, система GPS синхронизирует время с геостационарным спутником, вычисляется местоположение черного ящика, и специальные радиоволны передаются в страну происхождения. Специальные радиоволны выключаются через 10 минут для энергосбережения, и включаются каждый час для повторной передачи радиоволн, которая также длится 10 минут. Использование модуля специальных радиоволн заключается в том, что поисковая группа, разыскивающая черный ящик, посылает радиоволны со специальной частотой, и при приближении поисковой группы к черному ящику на небольшое расстояние система черного ящика реагирует для облегчения поиска, в случае, когда поисковая команда, приближающаяся к калибровочному блоку внутри черного ящика, не посылает поисковый сигнал.
Устройство и способ для поиска бортового самописца под водой по настоящему изобретению имеют следующие преимущества:
1. Выполнение двух лючков выбрасывающего устройства гарантирует, что при любом положении самолета на дне океана направление выброса будет вертикальным или под углом к вертикали, что предотвращает выброс черного ящика в песок на дне океана.
2. Плавучесть черного ящика устраняет сложности поиска под водой по известным способам. Черный ящик сначала всплывает на поверхность воды, что облегчает поиск.
3. Целью работы цикличной программы является наблюдение в реальном времени изменения параметров черного ящика для определения момента, когда самолет лег на морское дно и записи данных всего процесса.
В настоящем изобретении могут быть использованы известные элементы автоматического управления.
Несмотря на то что были продемонстрированы и описаны частные варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам в этой области будет очевидно, что могут быть сделаны различные изменения и модификации без отхода от сущности настоящего изобретения и, соответственно, целью приложенной формулы изобретения является охват всех таких изменений и модификаций, которые попадают в область правовой охраны.