Система посадки самолетов

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности, к системам посадки самолетов, в которых применяются лазерные излучатели, и может быть использована для улучшения ориентации летчика при пилотировании воздушного судна в процессе захода на посадку и выполнения посадки в условиях ограниченной видимости (в сумерках, ночью и в сложных метеоусловиях). Задачей предлагаемого решения является создание надежной лазерной системы посадки, повышающей уровень безопасности при посадке воздушных судов, характеризующейся повышенным сроком службы, минимальным энергопотреблением и небольшими габаритами. Техническим результатом является улучшенная видимость лазерных лучей в воздушном пространстве и комбинации, создающей символ, по которому летчик определяет положение самолета относительно посадочной траектории и точки приземления, особенно в сложных метеоусловиях, увеличение эффективности работы системы с точки зрения обеспечения воспроизводимости точности посадки воздушных судов за счет оптимального расположения лазерных излучателей и генерируемых ими лазерных лучей. Поставленная задача решается тем, что в системе посадки воздушных судов, содержащей, по крайней мере, три лазерных излучателя, установленных вблизи взлетно-посадочной полосы со стороны захода воздушного судна на посадку, два из которых - глиссадные - расположены по краям полосы и предназначены для формирования лучей, определяющих плоскость глиссады, а третий - курсовой - расположен на продолжении осевой лини полосы, и предназначен для формирования луча, определяющего курс посадки согласно техническому решению в качестве лазерных излучателей используют полупроводниковые лазерные излучатели, при этом, по крайней мере, курсовой излучатель выполнен с возможностью изменения направления формируемого луча в вертикальной и горизонтальной плоскостях, глиссадные излучатели установлены на расстоянии d от начала полосы, а курсовой излучатель установлен с возможностью формирования луча под углом относительно горизонтальной плоскости, При этом значение d и определяется из следующих соотношений:

d=h/tg,

<<,

где h - заданная величина допустимой ошибки положения воздушного судна по вертикали в точке дальнего привода при посадке, - заданный угол наклона плоскости глиссады, - угол свободного прохождения луча над неровностями местности. Глиссадные излучатели также могут быть выполнены с возможностью изменения направления формируемого луча в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При непрерывной интенсивности излучения глиссадных излучателей интенсивность излучения курсового излучателя может быть модулирована с частотой, выбранной из условия возможности визуальной идентификации луча с модулированной интенсивностью. При непрерывной интенсивности излучении курсового излучателя интенсивность излучения глиссадных излучателей может быть модулирована с частотой, выбранной из условия возможности визуальной идентификации лучей с модулированной интенсивностью. Интенсивность излучении глиссадных излучателей может быть модулирована с частотой, отличающейся от частоты модулирования интенсивности излучения курсового излучателя. При этом разница между частотами модуляции интенсивности излучения курсового и глиссадных излучателей определяется возможностью визуального наблюдения данных отличий. В качестве лазерных излучателей в системе посадки могут использоваться лазерные излучатели, излучающие свет в невидимой - инфракрасной области спектра, за счет чего может быть обеспечена полная светомаскировка. При этом посадка воздушного судна может осуществляться с использованием летчиком приборов ночного видения. Интенсивность излучения лазерных излучателей может регулироваться при необходимости в зависимости от атмосферных условий в воздушном пространстве вокруг аэродрома.

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности, к системам посадки самолетов, в которых применяются лазерные излучатели, и может быть использована для улучшения ориентации летчика при пилотировании воздушного судна в процессе захода на посадку и выполнения посадки в условиях ограниченной видимости (в сумерках, ночью и в сложных метеоусловиях).

Среди систем посадки самолетов, в которых используются лазерные излучатели, и эксплуатация которых не требует оснащения воздушного судна каким-либо дополнительным оборудованием, известна система посадки (Патент США №6320516, МПК: G08G 5/00), включающая два лазерных источника, свет к которым от газового лазера подводится по оптическому волокну и которые устанавливаются в начале взлетно-посадочной полосы (ВПП) по ее краям. Лучи от этих источников направлены под небольшим углом к осевой линии ВПП, а в плоскости, перпендикулярной плоскости ВПП, лучи сканируют в пространстве, образуя две световые треугольные стены, обозначающие коридор для движения воздушного судна. Причем нижнее положение луча в плоскости сканирования указывает корректную траекторию снижения воздушного судна. Помимо этого свет от второго газового лазера, распространяясь по оптическому волокну, создает в начале ВПП на ее плоскости определенную сетку огней, обозначающих, в том числе, и осевую линию ВПП. К недостаткам этой системы, безусловно, следует отнести отсутствие возможности для пилота воздушного судна ориентироваться в пространстве по азимуту, т.к. свет от сетки огней на ВПП, обозначающих осевую линию, не будет виден в условиях ограниченной видимости, также как и огни обычной светосигнальной системы. Кроме того, ориентируясь по нижнему положению боковых лазерных лучей при их сканировании, пилот воздушного судна не в состоянии однозначно определить положение воздушного судна относительно плоскости глиссады, как это предлагается в данном изобретении. Помимо этого система сама по себе является достаточно сложной так как требует применения сканирующих устройств для лазерных излучателей.

Известна также система посадки летательных аппаратов (Авторское свидетельство СССР №1828036, МПК: B64F 1/18), которая содержит установленные в начале ВПП три лазерных излучателя (один по центру и два по краям) и четыре блока лазерных излучателей, установленных на боковых границах ВПП симметрично ее продольной оси. Блоки лазерных излучателей создают пучки лазерных лучей, расположенные в плоскостях, перпендикулярных поверхности ВПП и параллельных ее

оси, и расположенные под углом друг к другу. При вхождении воздушного судна в область посадки и пересечении им пучков лазерных лучей, блоки лазерных излучателей, должны поворачиваться вокруг вертикальной и горизонтальной осей таким образом, чтобы пучки лазерных лучей приблизились к лазерным лучам, создаваемым тремя лазерными излучателями. Очевидным недостатком данной системы является ее сложность, обусловленная, во-первых, использованием большого количества лазерных излучателей, а во-вторых, необходимостью регулировки положения блоков лазерных излучателей во время приземления воздушного судна.

Наиболее близкой к заявляемой является лазерная система посадки самолетов «Глиссада» (Зуев В.Е., Фадеев В.Я. Лазерные навигационные устройства. - М.: Радио и связь, 1987), которая включает несколько лазерных излучателей, в том числе, курсовой глиссадные, маркерные и отмечающие боковые границы ВПП. В системе использованы принцип проективной геометрии и явление рассеяния лазерного излучения в атмосфере, за счет которых летчик визуально воспринимает комбинацию лучей в виде символа, определяющего положение самолета относительно посадочной траектории и точки приземления. При этом курсовой лазерный излучатель устанавливается на осевой линии ВПП перед торцом ВПП, а глиссадные лазерные излучатели устанавливаются с внешней стороны боковых границ ВПП ближе к торцу ВПП. В качестве лазерных излучателей используются HE-NE - лазеры или криптоновые лазеры непрерывного действия. Лучи лазерных излучателей направлены навстречу движению приземляющегося самолета. Угол наклона лучей глиссадных лазерных излучателей относительно горизонтальной плоскости ВПП составляет 2 градуса 40 минут.

Недостатком данной системы посадки является использование в качестве лазерных излучателей газовых лазеров, имеющих недостаточную надежность, небольшое время наработки на отказ, большие габариты и энергопотребление. К тому же использование газовых лазеров, излучающих свет в видимой области спектра, не позволяет создать надежные средства светомаскировки. Кроме того, в описании системы не определены параметры расположения лазерных излучателей относительно ВПП, не определены параметры углов наклона лучей лазерных излучателей относительно горизонтальной плоскости ВПП и относительно осевой линии ВПП.

Задачей предлагаемого решения является создание надежной лазерной системы посадки, повышающей уровень безопасности при посадке воздушных судов, характеризующейся повышенным сроком службы, минимальным энергопотреблением и небольшими габаритами.

Техническим результатом является улучшенная видимость лазерных лучей в воздушном пространстве и комбинации, создающей символ, по которому летчик определяет положение самолета относительно посадочной траектории и точки приземления, особенно в сложных метеоусловиях, увеличение эффективности работы системы с точки зрения обеспечения воспроизводимости точности посадки воздушных судов за счет оптимального расположения лазерных излучателей и генерируемых ими лазерных лучей.

Поставленная задача решается тем, что в системе посадки воздушных судов, содержащей, по крайней мере, три лазерных излучателя, установленных вблизи взлетно-посадочной полосы со стороны захода воздушного судна на посадку, два из которых - глиссадные - расположены по краям полосы и предназначены для формирования лучей, определяющих плоскость глиссады, а третий - курсовой - расположен на продолжении осевой лини полосы, и предназначен для формирования луча, определяющего курс посадки согласно техническому решению в качестве лазерных излучателей используют полупроводниковые лазерные излучатели, при этом, по крайней мере, курсовой излучатель выполнен с возможностью изменения направления формируемого луча в вертикальной и горизонтальной плоскостях, глиссадные излучатели установлены на расстоянии d от начала полосы, а курсовой излучатель установлен с возможностью формирования луча под углом относительно горизонтальной плоскости,

При этом значение d и определяется из следующих соотношений:

d=h/tg,

<<,

где h - заданная величина допустимой ошибки положения воздушного судна по вертикали в точке дальнего привода при посадке,

- заданный угол наклона плоскости глиссады,

- угол свободного прохождения луча над неровностями местности.

Глиссадные излучатели также могут быть выполнены с возможностью изменения направления формируемого луча в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

При непрерывной интенсивности излучения глиссадных излучателей интенсивность излучения курсового излучателя может быть модулирована с частотой, выбранной из условия возможности визуальной идентификации луча с модулированной интенсивностью. При непрерывной интенсивности излучении курсового излучателя интенсивность излучения глиссадных излучателей может быть модулирована с частотой,

выбранной из условия возможности визуальной идентификации лучей с модулированной интенсивностью.

Интенсивность излучении глиссадных излучателей может быть модулирована с частотой, отличающейся от частоты модулирования интенсивности излучения курсового излучателя. При этом разница между частотами модуляции интенсивности излучения курсового и глиссадных излучателей определяется возможностью визуального наблюдения данных отличий.

В качестве лазерных излучателей в системе посадки могут использоваться лазерные излучатели, излучающие свет в невидимой - инфракрасной области спектра, за счет чего может быть обеспечена полная светомаскировка. При этом посадка воздушного судна может осуществляться с использованием летчиком приборов ночного видения.

Интенсивность излучения лазерных излучателей может регулироваться при необходимости в зависимости от атмосферных условий в воздушном пространстве вокруг аэродрома.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид сверху на ВПП, на фиг.2 - общий вид на ВПП под углом сбоку, на фиг.3 - общий вид сбоку на ВПП и на фиг.4 - схема взаимного расположения лазерных лучей наблюдаемых с приземляющегося самолета при различных положениях его относительно траектории посадки.

Позициями на чертежах обозначены: 1 - ВПП, 2 - левый глиссадный излучатель, 3 - правый глиссадный излучатель, 4 - курсовой излучатель, 5 - самолет, 6 - лазерный луч левого глиссадного излучателя, 7 - лазерный луч правого глиссадного излучателя, 8 - лазерный луч курсового глиссадного излучателя.

Буквами и символами на чертежах обозначены: d - расстояние, на котором расположены глиссадные излучатели относительно торца ВПП, - угол глиссады, - угол наклона лазерного луча курсового излучателя, - угол свободного прохождения луча над неровностями местности, h - величина допустимой ошибки положения воздушного судна по вертикали в точке дальнего привода при посадке.

Лазерные излучатели 2, 3 и 4, составляющие систему посадки самолетов, расположены в начале ВПП в соответствии с Фиг.1, Фиг.2 и Фиг.3. Глиссадные лазерные излучатели 2 и 3 устанавливаются по краям за пределами ВПП, как можно ближе к ее боковым границам, насколько позволяет это сделать другое оборудование, находящееся вблизи ВПП. Расстояние от торца ВПП до места установки глиссадных лазерных излучателей d определяется заданной величиной допустимой ошибки положения самолета

по вертикали в точке дальнего привода при посадке (Фиг.3). Объясняется это следующим образом. Лазерные лучи 6 и 7 излучателей 2 и 3 направлены параллельно осевой плоскости ВПП в сторону приземляющегося самолета 5 под углом глиссады относительно горизонтальной плоскости ВПП (Фиг.3). Величина данного угла устанавливается для каждого аэродрома в зависимости от условий местности. По законам проективной геометрии летчик наблюдает лучи 6 и 7 в виде светящихся отрезков, исходящих из краев ВПП в противоположные стороны от ВПП (Фиг.4). Если самолет находится в плоскости глиссады, то видимые отрезки лучей 6 и 7 будут перпендикулярны осевой линии ВПП (Фиг.4, поз.2, 4 и 5). Именно перпендикулярность отрезков лучей 6 и 7 осевой линии ВПП означает точное положение самолета в плоскости глиссады. Если принять во внимание, что плоскость глиссады пересекается с ВПП в месте касания шасси самолета с ВПП (т.е. в ее начале), то становится понятно, что перемещение места установки глиссадных излучателей на расстояние d от начала ВПП условно поднимает плоскость глиссады относительно ВПП на величину h=d*tg (Фиг.3). Поэтому, учитывая принятые допуска положения самолета по вертикали в точке дальнего привода при посадке, значение расстояния d должно удовлетворять условию d<h/tg. Это обстоятельство необходимо обязательно учитывать, если для обеспечения безопасной посадки самолета в условиях ограниченной видимости, чтобы летчик мог как можно дольше видеть отрезки лучей 6 и 7, глиссадные излучатели располагают на максимально возможном расстоянии от начала ВПП.

Курсовой лазерный излучатель 4 устанавливается с внешней стороны торцевого края ВПП как можно ближе к этому краю, насколько позволяет это сделать другое оборудование, находящееся вблизи ВПП (Фиг.1, Фиг.2 и Фиг.3). Луч 8 курсового излучателя 4 направлен в сторону приземляющегося самолета 5 строго в вертикальной плоскости, проходящей через осевую линию ВПП и под углом относительно горизонтальной плоскости ВПП (Фиг.3). Угол определяется соотношением <<, где угол - угол свободного прохождения луча над неровностями местности (Фиг.3). По законам проективной геометрии летчик приземляющегося самолета видит луч 8 в виде светящегося отрезка, который будет являться продолжением осевой линии ВПП, если самолет движется строго по курсу (Фиг.4, поз.1, 2 и 3).

Посадка самолета с применением предлагаемой лазерной системы посадки происходит следующим образом.

При приближении самолета к точке дальнего привода, летчик, как указывалось выше, наблюдает лазерные лучи 6, 7 и 8 в виде светящихся отрезков, исходящих из точек

установки лазерных излучателей (Фиг.4). Эти отрезки служат удобными ориентирами летчику для определения положения самолета, как относительно курса посадки, так и относительно плоскости глиссады. При правильном заходе в точку дальнего привода с помощью штатных радиотехнических средств, для летчика не составляет труда распознать глиссадные лучи 6 и 7 и курсовой 8. Если летчик по каким-то причинам допускает большую ошибку по соблюдению траектории подлета к точке дальнего привода, то для правильной идентификации летчиком правого и левого глиссадных лучей и курсового луча интенсивность их излучения может быть промодулирована с частотой легко воспринимаемой и фиксируемой глазом человека (несколько Гц). Здесь возможны разные варианты. Например, интенсивность курсового луча может быть прерывистой, а интенсивность глиссадных лучей - постоянной, или наоборот. Интенсивность всех трех лучей может быть прерывистой, но при этом частота модуляции интенсивности курсового луча должна отличаться от частоты модуляции интенсивности глиссадных лучей так, чтобы это легко фиксировалось глазом летчика. При правильном положении самолета на траектории движения при посадке после прохождения точки дальнего привода летчик видит курсовой луч 8 как продолжение осевой линии ВПП, а наблюдаемые им отрезки глиссадных лучей 6 и 7 должны быть перпендикулярны осевой линии ВПП, т.е. отрезку курсового луча 8, и составлять одну линию (Фиг.4, поз.2). Любые отклонения самолета от правильной траектории вызовут изменение положения отрезков лучей относительно друг друга. Так если самолет идет по курсу, но находится выше плоскости глиссады, то концы отрезков глиссадных лучей будут опускаться вниз (Фиг.4, поз.1), если ниже плоскости глиссады - то подниматься вверх (Фиг.4, поз.3). Если самолет движется в плоскости глиссады, но правее правильного курса, то конец отрезка курсового луча будет перемещаться влево (Фиг.4, поз.4), если левее правильного курса - то вправо (Фиг.4, поз.5). Очевидно, что возможны смешанные ситуации, когда самолет находится не на плоскости глиссады и не на курсе. В этом случае расположение лучей будет соответствовать комбинации каких-либо двух позиций, представленных на Фиг.4. Таким образом, задача летчика при посадке самолета по заявляемой системе посадки сводится к поддержанию самолета на такой траектории, в каждой точке которой наблюдаемые им отрезки глиссадных лучей 6 и 7 должны составлять прямую линию, а отрезок курсового луча 8 должен быть перпендикулярен этой линии. Энергопотребление всей системы составила не более 800 Вт, габариты одного лазерного излучателя составили 200×400×600 мм.

Существенным достоинством заявляемой системы является высокая чувствительность реагирования положения видимых отрезков лучей относительно друг друга (Фиг.4) на изменения положения самолета относительно заданной траектории снижения. Этим определяется высокая точность приземления (+/-0,5 м), которую обеспечивает заявляемая система.

В соответствии с заявляемым решением была изготовлена и установлена на аэродроме лазерная система посадки, содержащая три излучателя на основе полупроводниковых лазеров, генерирующих свет на длине волны 635 нм. Курсовой излучатель был установлен на расстоянии 60 м от торца ВПП и его луч был направлен под углом 1 градус 8 минут относительно горизонтальной плоскости ВПП. Глиссадные излучатели были установлены на расстоянии 3 м от бокового края ВПП и на расстоянии 300 м от курсового излучателя. Лучи глиссадных излучателей были направлен под углом глиссады (2 градуса 50 минут) относительно горизонтальной плоскости ВПП. Было произведено 9 заходов на посадку на самолете ЯК-40 в темное время суток, причем несколько из них при потушенных огнях высокой интенсивности и один при потушенных огнях ИВПП. Дальность видимости лучей при нормальной погоде в темное время суток составила более 10 км (удаление точки дальнего привода составляло 4 км, h=+/-20 м). Точность посадки по такой системе составила +/-0,5 м.

Таким образом, заявляемая система позволяет осуществлять с высокой точностью посадку самолета в условиях ограниченной видимости и даже при выключенном штатном светотехническом оборудовании аэродрома.

1. Система посадки самолетов, содержащая, по крайней мере, три лазерных излучателя, установленных вблизи взлетно-посадочной полосы со стороны захода воздушного судна на посадку, два из которых - глиссадные - расположены по краям полосы и предназначены для формирования лучей, определяющих плоскость глиссады, а третий - курсовой - расположен на продолжении осевой лини полосы, и предназначен для формирования луча, определяющего курс посадки, отличающаяся тем, что в качестве лазерных излучателей используют полупроводниковые лазерные излучатели, при этом, по крайней мере, курсовой излучатель выполнен с возможностью изменения направления формируемого луча в вертикальной и горизонтальной плоскостях, глиссадные излучатели установлены на расстоянии d от начала полосы, а курсовой излучатель установлен с возможностью формирования луча под углом относительно горизонтальной плоскости,

при этом значение d и определяется из следующих соотношений:

d=h/tg,

<<,

где h - заданная величина допустимой ошибки положения воздушного судна по вертикали в точке дальнего привода при посадке,

- заданный угол наклона плоскости глиссады,

- угол свободного прохождения луча над неровностями местности.

2. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что глиссадные излучатели выполнены с возможностью изменения направления формируемого луча в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

3. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что глиссадные излучатели выполнены с возможностью формирования лучей с непрерывной интенсивностью, а курсовой - с возможностью формирования луча с модулированной интенсивностью, при этом частота повторения импульсов выбрана из условия возможности их визуальной идентификации.

4. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что курсовой излучатель выполнен с возможностью формирования луча с непрерывной интенсивностью, а глиссадные - с возможностью формирования лучей с модулированной интенсивностью, при этом частота повторения импульсов выбрана из условия возможности их визуальной идентификации.

5. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что лазерные излучатели выполнены с возможностью формирования лучей с модулированной интенсивностью, при этом частоты модуляции лучей глиссадных и курсового излучателей выбраны отличающимися с возможностью визуального наблюдения данных отличий.

6. Лазерная система посадки по п.1, отличающаяся тем, что в качестве лазерных излучателей, для обеспечения полной светомаскировки выбраны излучатели, излучающие свет в невидимой - инфракрасной области спектра.

7. Лазерная система посадки по п.1, отличающаяся тем, что лазерные излучатели выполнены с возможностью регулирования мощности излучения в зависимости от атмосферных условий.