RU2242800C2

RU2242800C2 - Способ захода на посадку

Info

Publication number: RU2242800C2
Application number: RU2002132246/28A
Authority: RU
Inventors: В.К. Александров (RU); В.К. Александров
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие Летно-исследовательский институт имени М.М.Громова
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2004-12-20

Abstract

Изобретение относится к области авиации, более конкретно к приборному оборудованию, и может быть использовано для оптимизации времени, расстояния и расхода топлива при заходе на посадку. Способ захода на посадку состоит в том, что бортовое оборудование самолета обеспечивает измерение и индикацию параметров полета: высоты, истинной скорости, курса, путевой скорости, угла сноса, дальности до взлетно-посадочной полосы (ВПП), бокового уклонения от оси ВПП, а также формирование и индикацию сигналов изображения ВПП с осевой линией, проекции прогнозируемой траектории полета на горизонтальную плоскость, полет к 4-ому развороту, 4-й разворот, снижение по заданной глиссаде. На осевой линии ВПП задают точки окончания маневрирования, при полете к 4-ому развороту определяют расчетную оптимальную траекторию захода на посадку, состоящую из прямолинейного полета вдоль вектора путевой скорости полета и прямолинейного участка полета вдоль оси ВПП, связанных между собой кривой разворота, имеющей расчетную (с учетом ветра) точку. Технический результат - обеспечение более высокой точности выполнения захода на посадку по криволинейным траекториям с максимальной наглядностью и минимальной рабочей загрузкой пилота. 3 ил.

Description

Изобретение относится к области авиации, более конкретно к приборному оборудованию, и может быть использовано в приборном оборудовании летательного аппарата для оптимизации (сокращения) времени, расстояния и расхода топлива при заходе на посадку, упрощения восприятия и переработки приборной информации летчиком, для повышения безопасности полета и посадки самолетов, особенно в условиях полета по приборам.

Уровень техники.

Известен способ захода на посадку отворотом на расчетный угол. Этот способ заключается в том, что, выйдя на дальнюю приводную радиостанцию (ДПРМ) с курсом, обратным посадочному курсу (ПК) или близким к нему, “ВС* разворачивают на МК**, указанный в схеме... Полет с этим курсом выполняют до точки начала разворота (ТНР)... Момент выхода в ТНР определяют по времени. После выхода в ТНР ВС* разворачивают в сторону установленного маневра, вновь начинают снижение и следуют к точке начала 4-го разворота. Начало 4 разворота определяют по КУР₄***. После выхода из разворота берут посадочный курс и продолжают снижение до ТГП****”. (М.А.Черный, В.И.Кораблин. “Воздушная навигация”. Изд. 4, Москва, “Транспорт”, 1991, стр.356).

*ВС - Воздушное Судно.

**МК - Магнитный Курс.

***КУР - Курсовой Угол Радиостанции.

****ТГП - Точка Горизонтального Полета.

Известен способ захода на посадку по прямоугольному маршруту. Этот способ заключается в том, что выйдя в район аэродрома с курсом, близким к курсу посадки (ПК), выполняют последовательно развороты под 90° к посадочному курсу вплоть до выхода на ПК. Точка начала каждого разворота определена схемой. (М.Г. Котик. “Динамика взлета и посадки самолетов”. Москва, “Машиностроение”, 1984. Стр.183-186).

Известен способ захода на посадку стандартным разворотом. “Данный маневр применяют при ограниченном пространстве для маневра в районе аэродрома, когда направление подхода к ДПРМ* совпадает с обратным направлением посадки или отличается от него на угол не более 45° ... После пролета ДПРМ* берут МК, равный обратному посадочному, и в горизонтальном полете следуют к точке начала стандартного разворота (ТНСР), расстояние до которой от ДПРМ* указывают в таблице схемы захода... По истечении расчетного времени выполняют стандартный разворот с установленным для данной схемы креном. После выхода из разворота полет выполняют с посадочным курсом в течение расчетного времени t_Г.П.. Перед входом в глиссаду довыпускают закрылки. После входа в глиссаду дальнейший заход выполняют аналогично заходу на посадку с прямой”. (М.А.Черный, В.И.Кораблин. “Воздушная навигация”. Изд. 4, Москва, “Транспорт”, 1991, стр.357-358).

*ДПРМ - Дальний Приводной Радио-Маркер.

Для захода на посадку по любой схеме экипаж производит расчет элементов захода. Расчет может быть выполнен для захода на посадку в штиль и при ветре. Для того чтобы рассчитать элементы захода на посадку в штиль, необходимо знать параметры установленной схемы захода и скорость полета. Параметры схемы выписывают из "Сборника аэронавигационной информации". Скорость полета для данного типа самолета берут в соответствии с РЛЭ*, где ее значение дано в зависимости от угла крена на разворотах. Кроме того, выполнить полет строго по установленной схеме можно только при учете влияния ветра. Для этого экипаж производит расчет элементов захода для реальных условий, в основу которого положено использование составляющих вектора ветра.

Все указанные выше способы захода на посадку предусматривают полет по заданной схеме и с заранее заданными скоростями, что редко встречается на практике ввиду возросшей за последнее десятилетие интенсивности полетов. Расчеты момента начала разворота выполняются экипажем в уме и не отличаются достаточной точностью. Чем больше угол выхода, тем больше ошибки при выходе на посадочный курс. Отсутствие вычислителя места (и момента) начала разворота на борту при ограниченных возможностях исправления ошибок в процессе разворота вынуждает при полете по приборам выполнять 4-й разворот на удалении 20-30 км от ВПП, что ведет к увеличению пути и времени захода (нерациональное использование ресурса самолета и двигателей), дополнительному расходу топлива, увеличению продолжительности шума на местности.

*РЛЭ - Руководство по Летной Эксплуатации.

Наиболее близким к изобретению является способ захода на посадку с подходом к направлению посадки под углом 45° . На фиг.1 показана общая схема такого захода, которая предусматривает выход на ДПРМ на безопасной высоте с посадочным курсом или курсом, отличающимся от посадочного не более чем на 45° . В процессе полета измеряют и индицируют обычными способами параметры полета: высоту, истинную и путевую скорости, угол сноса, курс и путевой угол, дальность до ВПП, боковое уклонение от оси ВПП. Снижение и полет по схеме захода выполняют обычными способами. После пролета ДПРМ (поз. 3 на фиг.1) выполняют 1-й разворот на 90° относительно курса посадки (поз. 4 на фиг.1) со снижением до заданной для конкретного аэродрома высоты. По истечении расчетного времени выполняют 2-й разворот (поз. 5 на фиг.1) на курс, обратный посадочному со снижением до высоты круга. “После выхода в точку 3-го разворота (поз. 6 на фиг.1) экипаж выполняет разворот ВС с установленным креном в сторону предпосадочной прямой на МК**=ПМПУ***± 45° . Значение МК** подхода к предпосадочной прямой указано на схеме захода. Однако надо помнить, что при левом развороте МК** больше ПМПУ*** на 45°, а при правом - меньше. Полет с МК** подхода выполняют до точки начала разворота на посадочный курс. Начало разворота определяют по КУР₄. В процессе разворота ВС выводят на предпосадочную прямую. После завершения разворота дальнейший заход выполняют по общепринятой методике”. (М.А.Черный, В.И.Кораблин. “Воздушная навигация”. Изд. 4, Москва, “Транспорт”, 1991, стр.356-357).

*РУ - Расчетный Угол.

**МК - Магнитный Курс.

***ПМПУ - Посадочный Магнитный Путевой Угол.

На современных самолетах широко используется электронные (жидкокристаллические) индикаторы, на которых обеспечивается формирование и индикация сигналов изображения ВПП с осевой линией. Известно, что при полете по маршруту на самолетах В-747, В-767 на индикаторе (карте) пролетаемой местности индицируется прогноз траектории движения самолета на 10, 20 или 30 с, в зависимости от масштаба карты.

При заходе на посадку с подходом к направлению посадки под углом 45° ошибки с началом разворота и при выходе на посадочный курс меньше, чем в других способах, из-за уменьшенного (45° ) угла выхода.

Однако в данном способе сохраняются все недостатки, присущие другим, перечисленным выше способам (длинный маршрут захода на посадку из-за неточного учета ветра (расчет в уме) при расчете точек разворотов), и, кроме того, возможное сокращение маршрута захода компенсируется большим удалением 3-го разворота (фиг.1).

Известно, что современные навигационные системы обеспечивают выполнение полета по маршруту с высокой точностью по месту и времени, однако в процессе полета к 4-ому развороту они до сих пор не обеспечивают вычисление места и момента начала и окончания разворота с учетом ветра, что не позволяет экипажу оптимизировать траекторию полета. Прогноз траектории движения самолета увеличивает точность выхода на новую линию пути при пролете поворотного пункта (развороте), но не дает информации экипажу о расстоянии или времени полета до начала разворота с учетом ветра. Для захода на посадку этот режим не использовался.

Сущность изобретения.

Задачей изобретения является создание такого способа захода на посадку, который обеспечивал бы сокращение длины маршрута, времени и расхода топлива при заходе на посадку, упрощения восприятия и переработки приборной информации летчиком, для повышения безопасности полета и посадки самолетов, особенно в условиях полета по приборам, за счет выбора в процессе полета к 4-му развороту оптимальной траектории захода на посадку и повышения точности выхода на посадочный курс путем определения расчетных точек начала и окончания разворота в зависимости от текущего угла выхода на посадочную прямую, ветра и параметров полета, использования прогноза траектории движения самолета для корректировки захода в процессе разворота.

Поставленная задача достигается тем, что в способе осуществления захода на посадку, включающем измерение и индикацию параметров полета: высоты, истинной скорости, курса, путевой скорости, угла сноса, дальности до взлетно-посадочной полосы (ВПП), бокового уклонения от оси ВПП, а также формирование и индикацию сигналов изображения ВПП с осевой линией, проекции прогнозируемой траектории полета на горизонтальную плоскость, полет к 4-ому развороту, 4-й разворот, снижение по заданной глиссаде, задают на осевой линии ВПП точку окончания маневрирования, при полете к 4-ому развороту определяют расчетную оптимальную траекторию захода на посадку, состоящую из прямолинейного полета вдоль вектора путевой скорости полета и прямолинейного участка полета вдоль оси ВПП, связанных между собой кривой разворота, имеющей расчетную (с учетом ветра) точку начала разворота на векторе путевой скорости и точку окончания разворота на оси ВПП, которые индицируют на экране, корректируют курс полета так, чтобы расстояние от кромки ВПП до расчетной точки окончания разворота было больше расстояния от кромки ВПП до заданной точки окончания маневрирования, определяют расстояние до расчетной точки начала разворота и при уменьшении его менее нуля формируют команду на начало разворота и выполняют разворот в сторону ВПП, подбирая крен таким образом, чтобы кривая проекции прогнозируемой траектории полета на горизонтальную плоскость касалась осевой линии ВПП, а после выхода на посадочный курс продолжают управление по крену таким образом, чтобы обеспечить совпадение проекции прогнозируемой траектории полета на горизонтальную плоскость с осевой линией ВПП.

Такой способ выполнения захода на посадку обеспечивает сокращение времени, расстояния и расхода топлива при заходе на посадку, упрощает восприятие и переработку приборной информации летчиком, повышает тем самым безопасность полета и посадки самолетов, особенно в условиях полета по приборам.

Перечень фигур на чертежах.

Фиг.1 показывает схему захода на посадку с подходом к направлению посадки под углом 45° (прототип).

Фиг.2 показывает, в соответствии с изобретением, схему захода на посадку и положение самолета при полете к 4-ому развороту под углом более 90° , которые индицируются на индикаторе в кабине экипажа.

Фиг.3 показывает, в соответствии с изобретением, схему захода на посадку и положение самолета при выполнении 4-го разворота, которые индицируются на индикаторе в кабине экипажа.

На фиг.1 обозначено:

1 - ВПП.

2 - Осевая линия ВПП.

3 - ДПРМ (Дальний Приводной Радио-Маркер).

4 - 1-й разворот.

5 - 2-й разворот.

6 - 3-й разворот.

7 - 4-й разворот.

Схема захода на посадку, изображенная на фиг.2 и 3, включает в себя ВПП - 1, осевую линию ВПП - 2, точку окончания маневрирования в ПМУ (Простых Метеоусловиях) - 3, точку окончания маневрирования в СМУ (Сложных Метеоусловиях) - 4. Кроме того, на фиг.2 и 3 обозначено: проекция прогнозируемой траектории полета на горизонтальную плоскость - 5, расчетная точка начала 4-го разворота - 6, метка (линия) расчетного рубежа начала 4-го разворота - 7 на векторе путевой скорости полета 8, расчетная точка окончания 4-го разворота на текущей скорости и с заданным креном - 9, точка пересечения вектора путевой скорости полета с осевой линией ВПП - 10.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Способ захода на посадку реализуется следующим образом. Например, самолет Ту-154, совершающий заход на посадку, после снижения с эшелона следует на высоте круга (800 м) на V_пр≤ 400 км/ч с убранными шасси и закрылками, выпущенными на δ _закр=15° к 4-ому развороту. В процессе полета измеряют и индицируют параметры полета: высоту, истинную скорость, крен, тангаж, курс, путевую скорость, угол сноса, а также удаление и боковое уклонение от взлетно-посадочной полосы (ВПП). Изображение ВПП (поз. 1 на фиг.2, 3) с осевой линией (поз. 2 на фиг.2, 3) и схемой захода на посадку индицируют на навигационном дисплее (фиг.1, 2). На осевой линии ВПП, в направлении со стороны захода на посадку, определяют 2 точки окончания маневрирования (в простых и сложных метеоусловиях) и точку окончания маневрирования при визуальном заходе (при необходимости). На изображении осевой линии ВПП формируют и индицируют метки окончания маневрирования в соответствии с указанными выше точками, определенными на местности (поз. 3 и 4 на фиг.2, 3). Кроме того, формируют и индицируют на навигационном дисплее прогнозируемую траекторию полета в горизонтальной плоскости (поз. 5 на фиг.2, 3), т.е. прогноз места самолета и его курса в зависимости от ветра, крена, путевой скорости и перегрузки, и индицируют его в виде пунктирной линии 2-го порядка, представляющей собой в штиль дугу окружности радиуса r. При полете с нулевым креном и скольжением прогнозируемая траектория полета в горизонтальной плоскости представляет собой прямую линию. Расчет выполняют методом кусочно-линейного интегрирования в прямоугольной системе координат (ось Х - вдоль продольной оси самолета, ось Z - под углом 90° к продольной оси) по формулам

где

V - истинная скорость полета [м/с],

g=9.81 - ускорение свободного падения [м/с²];

γ - угол крена;

ϑ - угол тангажа;

n_y - вертикальная перегрузка;

n_z - боковая перегрузка;

u_xl - продольная составляющая скорости ветра;

u_zl - поперечная составляющая скорости ветра;

ε - угол наклона глиссады;

dH - шаг интегрирования;

r - радиус разворота в данный момент времени.

Вычисление прогнозируемой траектории полета возможно и путем решения полных уравнений движения самолета, которые описаны в литературе (См., например: И.В.Остославский, И.В.Стражева “Динамика полета. Траектории летательных аппаратов”. Издание 2-е, переработанное и дополненное. Москва, “Машиностроение”, 1969).

Определяют расчетную точку начала разворота.

Расчетную точку начала 4-го разворота (поз. 6 на фиг.2) на векторе путевой скорости полета (поз. 8 на фиг.2, 3) определяют и индицируют в виде специальной метки, например в виде отрезка прямой линии (поз. 7 на фиг.2), параллельной ВПП и удаленной от оси ВПП на расстояние Z₄:

где Z₄- расчетное боковое уклонение начала 4-го разворота;

Δ Ψ =УР - угол разворота [радиан];

V - истинная скорость полета [м/с];

g=9.81 м/с² ускорение свободного падения;

γ ₄ - расчетный угол крена (задается заранее, например γ =25° );

U_z- составляющая ветра под углом 90° к ВПП [м/с];

Δ Z - поправка на реакцию летчика и ввод-вывод из крена на развороте.

Определяют расчетную точку окончания разворота. Точку окончания разворота (поз. 9 на фиг.2, 3) индицируют в виде метки (стрелки), находящейся на продолжении осевой линии ВПП (поз. 2 на фиг.2, 3) и удаленной от точки пересечения вектора путевой скорости полета с осевой линией ВПП (поз. 10 на фиг.2, 3) на расстояние

где Δ ψ - угол разворота [радиан];

Pi - отношение длины окружности к диаметру;

U_х- составляющая скорости ветра вдоль ВПП [м/с];

R - радиус 4 разворота с заданным креном в штиль [м].

На плановом индикаторе (вид сверху) изображение пролетаемой местности (ВПП с осевой линией и ее продолжением) и прогнозируемую траекторию полета в горизонтальной плоскости стабилизируют вдоль вектора путевой скорости (фиг.2, 3). На Индикаторе на Лобовом Стекле (ИЛС) изображение ВПП с осевой линией и прогнозируемой траекторией полета формируют и индицируют так, чтобы формируемое изображение ВПП совпадало с реальной ВПП, наблюдаемой летчиком из кабины. На пилотажном индикаторе (вид вперед) изображение ВПП с осевой линией и прогнозируемую траекторию полета в горизонтальной плоскости формируют так же, как и на ИЛС. На пилотажном индикаторе допускается стабилизация изображения ВПП (с осевой линией) и прогнозируемой траектории полета вдоль вектора путевой скорости полета.

В указанном на фиг.2 положении расчетная точка окончания 4-го разворота (поз. 9 на фиг.2) находится между метками окончания маневрирования в ПМУ и СМУ. Если заход осуществляется в ПМУ, то в данной ситуации есть возможность несколько сократить маршрут захода, выполнив доворот влево. В данном примере это и происходит, о чем свидетельствует направленная влево проекция прогнозируемой траектории полета на горизонтальную плоскость (поз. 5 на фиг.2).

В полете к 4-ому развороту путем изменения курса полета (разворотом влево или вправо) добиваются расположения расчетной точки окончания 4-го разворота (поз. 9 на фиг.2, 3) за одной из меток минимальной дальности окончания маневрирования (поз. 3 или 4 (в зависимости от метеоусловий) на фиг.2, 3).

Если метеоусловия на посадке сложные, то экипаж Ту-154 в данном примере (фиг.2) должен выполнять разворот вправо до тех пор, пока расчетная точка окончания 4 разворота (поз. 9 на фиг.2, 3) не переместится за точку (метку) окончания маневрирования в СМУ (поз. 4 на фиг.2, 3). Если метеоусловия на посадке простые, то экипаж Ту-154 в данном примере (фиг.2) имеет возможность выполнить доворот влево, до тех пор, пока расчетная точка окончания 4 разворота (поз. 9 на фиг.2) не переместится ближе к метке (точке) окончания маневрирования в ПМУ (поз. 3 на фиг.2, 3).

В полете к 4-му развороту сравнивают измеренное навигационной системой (например, спутниковой (СНС) или инерциальной (ИНС)) боковое уклонение с рассчитанным значением Z₄ и при боковом уклонении от оси ВПП меньшем, чем Z₄, формируют сигнал на начало 4 разворота: индицируют на экране и подают в наушники (телефоны) летчика команду: “Четвертый влево, сэр!”.

По этой команде выполняют разворот в сторону ВПП, подбирая крен таким образом, чтобы кривая проекции прогнозируемой траектории полета на горизонтальную плоскость касалась осевой линии ВПП (как показано на фиг.3).

Если линия прогноза начинает пересекать продолжение осевой линии ВПП, то нужно увеличить угол крена. Если линия прогноза проходит далеко от продолжения осевой линии ВПП, то крен нужно уменьшать (координированным отклонением элеронов и руля направления). При увеличении крена более чем примерно на 1/2-2/3 от расчетного, при отличии путевого угла от посадочного курса менее чем на 10° -15° и при боковом уклонении от оси ВПП менее чем на 100-400 м сигнализация начала 4-го разворота снимается с экрана.

После выхода на посадочный курс (окончания 4-го разворота) продолжают управление по крену и курсу таким образом, чтобы обеспечить совпадение “прогноза” с осевой линией ВПП. При движении по земле (на разбеге и пробеге) прогнозируемую траекторию полета используют аналогичным образом, управляя рулем направления и носовым колесом для сохранения направления движения.

Предлагаемый способ может быть реализован на вновь создаваемых и существующих самолетах, оборудованных известными приборами и системами для измерения параметров полета, а также бортовым вычислителем и дисплеями. Реализация способа без прогнозируемой траектории полета возможна и на электромеханических приборах. В этом случае в кабине экипажа дополнительно должны быть установлены два счетчика дальности: счетчик оставшейся дальности полета до 4 разворота, счетчик дальности до ВПП после расчетного окончания разворота (со знаками "+" или "-") и 2 табло (дополнительно к речевой команде): "Влево" и "Вправо".

Проведенное моделирование на наземном пилотажном стенде показало возможность выполнения 4-го разворота значительно ближе к ВПП (порядка 4 км), чем это принято в стандартных схемах захода на посадку (20-30 км), т.е. сокращения времени, расстояния и расхода топлива при заходе на посадку. Было отмечено упрощение восприятия и переработки приборной информации летчиком, что способствует повышению безопасности полета и посадки самолетов, особенно в условиях полета по приборам.

14.08.2002 г. выполнены успешные заходы на посадку указанным способом на ЛЛ Ту-154 №85 317 летчиком-испытателем Александровым В.К., 15.08.2002 г. - летчиком-испытателем Бирюковым В.В., в которых были подтверждены результаты, полученные при моделировании на наземном стенде. В этих полетах 4-й разворот заканчивался на удалении 4,5 км от торца ВПП. В экспериментах использовался только навигационный дисплей, на котором дополнительно индицировался авиагоризонт, высотомер (счетчик), вариометр (ленточный со счетчиком), счетчик приборной скорости полета и счетчик путевого угла. Для обеспечения безопасности полета рабочее место правого летчика на ЛЛ Ту-154 №85 317 оборудовано стандартными приборами и органами управления.

Claims

Способ захода на посадку, включающий измерение и индикацию параметров полета: высоты, истинной скорости, курса, путевой скорости, угла сноса, дальности до взлетно-посадочной полосы (ВПП), бокового уклонения от оси ВПП, а также формирование и индикацию сигналов изображения ВПП с осевой линией, проекции прогнозируемой траектории полета на горизонтальную плоскость, полет к 4-му развороту, 4-й разворот, снижение по заданной глиссаде, отличающийся тем, что на осевой линии ВПП задают точки окончания маневрирования, при полете к 4-му развороту определяют расчетную оптимальную траекторию захода на посадку, состоящую из прямолинейного полета вдоль вектора путевой скорости полета и прямолинейного участка полета вдоль оси ВПП, связанных между собой кривой разворота, имеющей расчетную (с учетом ветра) точку начала разворота на векторе путевой скорости и точку окончания разворота на оси ВПП, которые индицируют на экране, корректируют курс полета так, чтобы расстояние от кромки ВПП до расчетной точки окончания разворота было больше расстояния от кромки ВПП до заданной точки окончания маневрирования, определяют расстояние до расчетной точки начала разворота и при уменьшении его менее нуля формируют команду на начало разворота и выполняют разворот в сторону ВПП, подбирая крен таким образом, чтобы кривая проекции прогнозируемой траектории полета на горизонтальную плоскость касалась осевой линии ВПП, а после выхода на посадочный курс продолжают управление по крену таким образом, чтобы обеспечить совпадение проекции прогнозируемой траектории полета на горизонтальную плоскость с осевой линией ВПП.