RU2494932C1 - Method of aircraft landing optical path formation - Google Patents
Method of aircraft landing optical path formation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2494932C1 RU2494932C1 RU2012116850/11A RU2012116850A RU2494932C1 RU 2494932 C1 RU2494932 C1 RU 2494932C1 RU 2012116850/11 A RU2012116850/11 A RU 2012116850/11A RU 2012116850 A RU2012116850 A RU 2012116850A RU 2494932 C1 RU2494932 C1 RU 2494932C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- landing
- aircraft
- angle
- path
- light emitter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Traffic Control Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области авиационной техники, в частности, к светотехническим средствам обеспечения посадки летательных аппаратов (ЛА) в любое время суток на взлетно-посадочную полосу (ВПП), в том числе на полевые и необорудованные площадки, на не категорированные аэродромы и т.д.The invention relates to the field of aviation technology, in particular, to lighting equipment for ensuring the landing of aircraft (LA) at any time of the day on the runway (runway), including on field and unequipped areas, on non-categorized airfields, etc. .
Известен способ формирования посадочной траектории при помощи световых лучей, включающий установку вблизи ВПП нескольких источников света и придание им угловой ориентации, обеспечивающей равенство угла между осью светового пучка, формирующего посадочную траекторию, и плоскостью горизонта требуемому углу наклона глиссады. Этот способ описан в «Приложении 14. Аэродромы» к «Конвенции о международной гражданской авиации», Издание пятое. Июль 2009. Применение указанного способа обеспечивает формирование глиссадного участка неподвижной в пространстве посадочной траектории летательного аппарата. Формирование участка траектории наиболее ответственного и сложного этапа посадки (участка траектории выравнивания) известный способ не обеспечивает, что приводит к снижению безопасности посадки летательных аппаратов.There is a method of forming a landing trajectory using light rays, including installing several light sources near the runway and giving them an angular orientation that ensures equality of the angle between the axis of the light beam forming the landing path and the horizon plane to the desired slope angle of the glide path. This method is described in “Appendix 14. Aerodromes” to the “Convention on International Civil Aviation”, fifth edition. July 2009. The application of this method provides the formation of a glide path section stationary in space of the landing path of the aircraft. The formation of the trajectory portion of the most critical and difficult landing stage (alignment trajectory portion) the known method does not provide, which reduces the safety of landing aircraft.
Известны способы формирования оптической посадочной траектории, при которых осуществляется формирование трех ее участков, описанные в патенте US 2996947, опубл. 22.08.1961, а также в патенте US 4196346, опубл. 01.04.1980. Согласно этим способам вблизи ВПП, на различном удалении от ее торца и вдоль ее оси устанавливают три световых излучателя разного цвета, придают им относительно плоскости горизонта различную угловую ориентацию таким образом, чтобы углы наклона трех участков сформированной световыми лучами посадочной траектории были равны соответственно углу пробивания облачности, углу наклона глиссады, углу наклона участка траектории выравнивания в точке над торцом ВПП, а затем фиксируют все три излучателя в этом положении. К недостаткам таких известных способов относится прежде всего невозможность оперативного изменения конфигурации посадочной траектории применительно к типу заходящего на посадку ЛА, а также к изменяющимся метеоусловиям, не обеспечивается также возможность формирования траектории выравнивания от точки начала выравнивания до точки касания летательным аппаратом посадочной полосы. Кроме того, при заходе на посадку по сформированной такими известными способами посадочной траектории при смене участка (при изменении заданного угла наклона траектории) возможна обусловленная инерционностью самолета его просадка по высоте, что также может привести к снижению безопасности полетов.Known methods of forming an optical landing trajectory, in which the formation of its three sections, described in patent US 2996947, publ. 08/22/1961, as well as in patent US 4196346, publ. 04/01/1980. According to these methods, three light emitters of different colors are installed near the runway, at different distances from its end and along its axis, give them a different angular orientation relative to the horizon so that the angles of the three sections of the landing path formed by the light rays are equal to the cloud penetration angle, respectively , the angle of inclination of the glide path, the angle of inclination of the alignment path at a point above the end of the runway, and then all three emitters are fixed in this position. The disadvantages of such known methods include, first of all, the impossibility of promptly changing the configuration of the landing trajectory in relation to the type of aircraft approaching the landing, as well as changing weather conditions, it is also not possible to form the alignment trajectory from the leveling start point to the touch point of the landing strip aircraft. In addition, when approaching along a landing path formed by such known methods when changing a section (when changing a predetermined angle of inclination of the trajectory), it is possible due to the inertia of the aircraft to decrease in height, which can also lead to a decrease in flight safety.
Известны и другие способы формирования оптической посадочной траектории летательных аппаратов, в которых используются несколько источников излучения света описанные, например, в а.с. SU 1828036 A1, в патентах RU 69018 U1, RU 2369532 C2, RU 2317233 C2, RU 2234440 C2, US 3509524 A1, в заявке US 2011/0121997 A1, в книге «Лазерные навигационные устройства», Зуев В.Е., Фадеев В.Я., М., Радио и связь, 1987, и т.д.There are other known methods of forming the optical landing path of aircraft, which use several light sources described, for example, in AS SU 1828036 A1, in patents RU 69018 U1, RU 2369532 C2, RU 2317233 C2, RU 2234440 C2, US 3509524 A1, in application US 2011/0121997 A1, in the book "Laser navigation devices", Zuev V.E., Fadeev V . I., M., Radio and Communications, 1987, etc.
Во всех таких известных способах формирования оптических посадочных траекторий летательных аппаратов используются несколько излучателей света, устанавливаемых под разными углами к плоскости ВПП, каждый из которых формирует свой участок посадочной траектории. При этом сформированная посадочная траектория представляет собой ломаную линию. Существенным недостатком всех таких известных способов с использованием нескольких излучателей света является необходимость принятия дополнительных мер по обеспечению перехода самолета с одного участка посадочной траектории на другой, т.к. при таком переходе всегда будут иметь место "переходные процессы", проявляющиеся в бросках по крену и рысканию, провалах по высоте. Эти переходные процессы порождаются динамическим запаздыванием в контурах системы управления и временем реакции летчика (при ручном управлении). Такие явления имеют место и при выполнении заходов на посадку по существующим радиотехничским посадочным средствам, например, при переходе с вычисленной траектории возврата на аэродром на радиотехническую глиссаду, при переходе с крейсерской высоты полета на полет на высоте круга, а также в других случаях.In all such known methods of forming optical landing paths of aircraft, several light emitters are used, which are installed at different angles to the plane of the runway, each of which forms its own section of the landing path. In this case, the formed landing trajectory is a broken line. A significant drawback of all such known methods using several light emitters is the need for additional measures to ensure the transition of the aircraft from one section of the landing path to another, because with such a transition, there will always be “transient processes", which are manifested in rolls along the roll and yaw, dips in height. These transients are generated by the dynamic delay in the control system circuits and the pilot reaction time (with manual control). Such phenomena also occur during landing approaches using existing radio engineering landing equipment, for example, when switching from a calculated return path to an aerodrome to a radio glide path, when switching from a cruising flight altitude to a flight at a circle height, as well as in other cases.
Изобретение направлено на повышение безопасности полетов ЛА за счет повышения безопасности выполнения их посадки, в том числе в условиях недостаточной видимости или недостаточной освещенности ВПП, при недостаточном количестве визуальных ориентиров в районе ВПП, в сложных метеоусловиях, а также в случаях, когда необходимо осуществлять высокоточное приземление ЛА в заданной точке, например, на аэродромах с короткими ВПП, при наличии объектов в зоне захода на посадку, при наличии сложного рельефа в зоне аэродрома.The invention is aimed at improving the flight safety of aircraft by increasing the safety of their landing, including in conditions of insufficient visibility or insufficient illumination of the runway, with insufficient number of visual landmarks in the runway area, in difficult weather conditions, as well as in cases when it is necessary to carry out high-precision landing Aircraft at a given point, for example, at aerodromes with short runways, in the presence of objects in the approach zone, in the presence of a complex terrain in the aerodrome zone.
Этот технический результат обеспечивается за счет того, что предлагаемый способ формирования оптической посадочной траектории летательного аппарата включает использование одного излучателя света для формирования трех участков посадочной траектории, соответствующих трем этапам посадки летательного аппарата, при этом на начальном этапе посадки формируют участок траектории пробивания облачности, для этого излучатель света разворачивают относительно плоскости горизонта таким образом, чтобы угол отклонения его светового пучка от плоскости горизонта был равен требуемому для текущих метеоусловий углу пробивания облачности θпр, и фиксируют излучатель света в этом положении, при достижении летательным аппаратом высоты, соответствующей нижнему краю облачности, формируют глиссадный участок посадочной траектории, для этого излучатель света поворачивают таким образом, чтобы угол отклонения его светового пучка от плоскости горизонта был равен требуемому для данного типа летательного аппарата углу наклона глиссады θгл, и фиксируют излучатель в этом положении, затем в зависимости от текущих метеоусловий в районе аэродрома выбирают тип участка выравнивания посадочной траектории, в зависимости от типа летательного аппарата определяют высоту начала выравнивания, и в момент достижения летательным аппаратом определенной высоты выравнивая начинают изменять угловую ориентацию светового пучка излучателя относительно плоскости горизонта таким образом, чтобы угол отклонения светового пучка излучателя от плоскости горизонта в каждый выбранный момент времени совпадал с углом наклона выбранной траектории участка выравнивания. При этом, излучатель света размещают в точке, находящейся на расстоянии от торца ВПП и на расстоянии от продольной оси ВПП, при этом угол между продольной осью ВПП и осью диаграммы направленности излучателя света в горизонтальной плоскости определяется в зависимости от ширины диаграммы направленности излучателя света и равен ее половине. Излучатель света может быть размещен стационарно или с возможностью перемещения по аэродрому на транспортном средстве. Целесообразно использование в качестве излучателя света источника лазерного излучения.This technical result is achieved due to the fact that the proposed method of forming an optical landing path of the aircraft involves using one light emitter to form three sections of the landing path corresponding to the three stages of landing of the aircraft, while at the initial stage of landing they form a portion of the path of penetration of clouds, for this the light emitter is deployed relative to the horizon plane so that the angle of deviation of its light beam from the plane the horizon velocity was equal to the cloud penetration angle θ pr required for current weather conditions, and the light emitter is fixed in this position, when the aircraft reaches a height corresponding to the lower cloud edge, a glide path of the landing path is formed, for this the light emitter is rotated so that the deviation angle its light beam from the horizontal plane is the desired type for the aircraft glide slope angle θ ch, emitter and fixed in this position, then Depending on the current weather conditions in the area of the aerodrome, the type of the alignment area for the landing path is selected, depending on the type of aircraft, the height of the leveling start is determined, and when the aircraft reaches a certain height, the alignments begin to change the angular orientation of the light beam of the emitter relative to the horizon so that the deviation angle the light beam of the emitter from the horizon plane at each selected point in time coincided with the angle of inclination of the selected path alignment area. In this case, the light emitter is placed at a point located at a distance from the end of the runway and at a distance from the longitudinal axis of the runway, while the angle between the longitudinal axis of the runway and the axis of the radiation pattern of the light emitter in the horizontal plane is determined depending on the width of the radiation pattern of the light emitter and is equal to her half. The light emitter can be placed stationary or with the ability to move around the airfield on the vehicle. It is advisable to use a laser source as a light emitter.
Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 показана посадочная траектория ЛА, включающая участок пробивания облачности I, глиссадный участок II, участок выравнивания III. На фиг.1 обозначены характерные точки этой траектории: 1 - точка начала снижения, 2 - точка начала снижения по глиссаде, 3 - точка начала выравнивания, 4 - точка приземления. На фиг.2 показана схема одноосного колесного модуля, который может быть использован в качестве компактного мобильного носителя излучателя света. На фиг.3 показана в плане схема размещения излучателя света относительно ВПП с учетом направления на посадку ЛА.The invention is illustrated by graphic materials, where figure 1 shows the landing trajectory of the aircraft, including the area of penetration of clouds I, glide path II, alignment III. In Fig. 1, characteristic points of this trajectory are indicated: 1 - the beginning point of the descent, 2 - the beginning point of the descent along the glide path, 3 - the beginning point of the leveling, 4 - the landing point. Figure 2 shows a diagram of a uniaxial wheel module, which can be used as a compact mobile carrier of a light emitter. Figure 3 shows in plan the layout of the light emitter relative to the runway, taking into account the direction of the aircraft landing.
Предлагаемый способ формирования оптической посадочной траектории осуществляется следующим образом. Вблизи ВПП размещают излучатель света. При этом точка (место размещения) излучателя света относительно ВПП определяется в зависимости от расположения расчетной точки касания ЛА ВПП (прицельной точки посадки), которая определяется располагаемой посадочной дистанцией (см. раздел 5.2. Приложения 14 Аэродромы к «Конвенции о международной гражданской авиации». Издание 5, июль 2009 г), т.е. геометрическими размерами ВПП, при этом угол между осью диаграммы направленности излучателя света и осью ВПП определяется шириной диаграммы направленности излучателя света в горизонтальной плоскости и равен его половине. Применительно к излучателю света с шириной диаграммы направленности 5° в горизонтальной плоскости были определены места установки излучателя света относительно ВПП с различной располагаемой длиной посадочной дистанции (см. Таблицу). В этом случае угол между осью ВПП и оптической осью излучателя должен составлять 2,5°.The proposed method of forming an optical landing trajectory is as follows. A light emitter is placed near the runway. In this case, the point (location) of the light emitter relative to the runway is determined depending on the location of the calculated touch point of the aircraft LA (landing point of landing), which is determined by the available landing distance (see section 5.2. Appendix 14 of the Airfield to the “Convention on International Civil Aviation”. Edition 5, July 2009), i.e. the geometric dimensions of the runway, while the angle between the axis of the radiation pattern of the light emitter and the axis of the runway is determined by the width of the radiation pattern of the light emitter in the horizontal plane and is equal to half of it. For a light emitter with a beam width of 5 ° in the horizontal plane, the installation locations of the light emitter relative to the runway with different available landing distance lengths were determined (see Table). In this case, the angle between the axis of the runway and the optical axis of the emitter should be 2.5 °.
Проведенные эксперименты показали, что целесообразно размещение излучателя света в зависимости от длины располагаемой посадочной дистанции в точке, размещенной на расстоянии 600-1000 м от торца ВПП и на расстоянии 25-50 м от ее оси.The experiments showed that it is advisable to place the light emitter depending on the length of the available landing distance at a point located at a distance of 600-1000 m from the end of the runway and at a distance of 25-50 m from its axis.
На начальном этапе посадки формируют траекторию пробивания облачности. Для этого оптический излучатель разворачивают относительно плоскости горизонта таким образом, чтобы угол отклонения его светового пучка от этой плоскости был равен требуемому для текущих метеоусловий углу пробивания облачности θпр, затем фиксируют оптический излучатель в этом положении.At the initial stage of planting, a cloud penetration path is formed. For this, the optical emitter is rotated relative to the horizon plane so that the angle of deviation of its light beam from this plane is equal to the cloud penetration angle θ pr required for current weather conditions, then the optical emitter is fixed in this position.
Информация о типе ЛА и текущей высоте h, на которой находится ЛА в каждый задаваемый момент времени может быть передана как с борта ЛА в наземную посадочную аппаратуру, так и получена, определена, известными навигационными средствами наземной посадочной аппаратуры, которые широко используются в известных способах обеспечения посадки ЛА, включающих формирование его посадочной траектории, см. например, "Раздел 2. Эксплуатационные ограничения" Руководства по летной эксплуатации (РЛЭ) (необходимо указать библиографические данные: год публикации - обязательно и место публикации, желательно).Information about the type of aircraft and the current altitude h at which the aircraft is located at each set point in time can be transmitted both from the aircraft to the ground landing equipment and obtained, determined, by the known navigation aids of the ground landing equipment, which are widely used in known methods of providing aircraft landing, including the formation of its landing trajectory, see, for example, “Section 2. Operational restrictions” of the Flight Operations Manual (RLE) (bibliographic data must be specified: year public tions - necessarily the place of publication, preferably).
При достижении ЛА высоты, соответствующей нижнему краю облачности, при помощи излучателя света формируют глиссадный участок посадочной траектории. Для этого излучатель света разворачивают относительно плоскости горизонта таким образом, чтобы угол отклонения его светового пучка от этой плоскости был равен требуемому для данного типа воздушного судна углу наклона глиссады θгл и фиксируют излучатель света в этом положении. При этом летчик наблюдая, получает визуальную информацию о положении в пространстве глиссадного участка посадочной траектории.When the aircraft reaches a height corresponding to the lower edge of cloudiness, a glide path section of the landing path is formed using a light emitter. For this, the light emitter is rotated relative to the horizon plane so that the angle of deviation of its light beam from this plane is equal to the glide path angle θ gl for the type of aircraft required and the light emitter is fixed in this position. At the same time, the pilot, observing, receives visual information about the position in space of the glide path of the landing trajectory.
В зависимости от текущих метеоусловий в районе аэродрома на земле выбирают тип траектории выравнивания (жесткая или гибкая) и ее конфигурацию (дуга окружности, экспонента, парабола и др.). Одной из траекторий выравнивания, обеспечивающей, в частности, комфортные условия приземления ЛА, как известно, является экспоненциальная траектория выравнивания. Такая траектория имеет место, когда в каждый момент времени вертикальная скорость снижения ЛА
На основе информации о типе ЛА из базы данных, хранящейся в наземной посадочной аппаратуре, выбирают потребные для данного типа ЛА параметры траектории выравнивания: посадочную скорость V; допустимую нормальную перегрузку Δny max; допустимую вертикальную скорость приземления
Затем определяют потребную высоту начала выравнивания h0. Как известно, например, для экспоненциальной траектории выравнивания эта высота определяется так:Then determine the required height of the beginning of the alignment h 0 . As you know, for example, for an exponential alignment path, this height is defined as follows:
В момент достижения заходящим на посадку ЛА высоты начала выравнивания, т.е. при h=h0, прекращают осуществлять угловую стабилизацию излучателя света на заданном угле θгл и начинают изменять угловую ориентацию его светового пучка относительно плоскости горизонта для формирования выбранной траектории выравнивания. При этом угол отклонения светового пучка излучателя от плоскости горизонта в каждый заданный момент времени будет совпадать с углом наклона выбранной траектории выравнивания. В частности, для экспоненциальной траектории выравнивания световой пучок излучателя разворачивают относительно плоскости горизонта по закону
В качестве излучателя света может быть использована компактная мобильная лазерная трехцветная навигационная система на основе импульсных полупроводниковых лазеров с электронной накачкой, разработанная в НПП «Гамма» и описанная, например, в статье И. Олихова, Л. Косовского «Мобильная лазерная трехцветная навигационная система. Надежность в экстремальных ситуациях», опубликованной в журнале «Электроника - Наука, Технология, Бизнес» №3, 1999. Этот лазерный излучатель характеризуется компактными размерами, малой массой, низким энергопотреблением, высокой стабильностью характеристик излучения. При этом средняя дальность устойчивого наблюдения излучения составляет: ночью (дальность видимости 10 км) - 15 км; солнечным днем при дымке (дальность видимости 8 км) - 6 км; днем при снеге (дальность видимости 1,5-2 км) - 2,5 км.As a light emitter, a compact mobile laser three-color navigation system based on pulsed semiconductor lasers with electronic pumping can be used, developed at the Gamma Scientific Production Enterprise and described, for example, in the article by I. Olikhov, L. Kosovsky of “Mobile Laser Three-Color Navigation System. Reliability in extreme situations ”, published in the journal“ Electronics - Science, Technology, Business ”No. 3, 1999. This laser emitter is characterized by compact size, low weight, low power consumption, and high stability of radiation characteristics. Moreover, the average range of stable observation of radiation is: at night (visibility range 10 km) - 15 km; on a sunny day with haze (visibility range of 8 km) - 6 km; in the afternoon with snow (visibility range 1.5-2 km) - 2.5 km.
Для перемещения и установки излучателя света, его разворотов, необходимых для реализации предлагаемого способа, может быть использован компактный мобильный носитель - одноосный колесный модуль, схематично показанный на фиг.2, где изображена платформа 5, шарнирно укрепленная на оси 6 колесной пары 7. Как показано на фиг.2, платформа 5 включает две размещенные на расстоянии друг от друга и параллельные друг другу и оси 6 колесной пары 7 части: 8 - нижняя, и 9 - верхняя, причем обе части 8 и 9 жестко связаны между собой посредством стоек 10. Место для размещения излучателя света предусмотрено на верхней части 9 платформы 5 (на фиг.2 не показано). При этом, центр масс ЦМ платформы 5 расположен над осью 6 колесной пары 7, преимущественно в геометрическом центре верхней части 9 платформы 5. Оба колеса колесной пары 7 являются ведущими, и повороты платформы 5 в плоскости горизонта осуществляются за счет управления разностью скоростей их вращения посредством приводных двигателей 11, 12, которые через редукторы осуществляют вращение колес колесной пары 7 и тем самым обеспечивают требуемые направление и скорость локомоционных движений модуля по поверхности аэродрома.To move and install the light emitter, its turns necessary for the implementation of the proposed method, a compact mobile carrier can be used - a uniaxial wheel module, schematically shown in figure 2, which shows the platform 5, pivotally mounted on the axis 6 of the wheelset 7. As shown in figure 2, the platform 5 includes two parts located at a distance from each other and parallel to each other and to the axis 6 of the wheelset 7: 8 — lower, and 9 — upper, both parts 8 and 9 being rigidly connected to each other by means of struts 10. Place for times escheniya light emitter provided on the upper portion 9 of the platform 5 (Figure 2 is not shown). Moreover, the center of mass of the CM platform 5 is located above the axis 6 of the wheelset 7, mainly in the geometric center of the upper part 9 of the platform 5. Both wheels of the wheelset 7 are leading, and the platform 5 is rotated in the horizontal plane by controlling the difference in their rotation speeds by drive motors 11, 12, which through the gears rotate the wheels of the wheelset 7 and thereby provide the required direction and speed of the locomotion movements of the module on the surface of the airfield.
На нижней части 8 платформы 5 размещен силовой двухстепенный гироскоп 13 с датчиком момента 14, обеспечивающий управление угловой ориентацией платформы 5 вокруг оси 6 колесной пары 7. На верхней части 9 платформы 5 размещен балансировочный груз 15 с приводным двигателем 16 для парирования возмущающих моментов, приложенных к платформе 5, за счет перемещения балансировочного груза 15 в плоскости верхней части 9 платформы 5.On the lower part 8 of the platform 5 there is a power two-stage gyroscope 13 with a torque sensor 14, which provides control of the angular orientation of the platform 5 around the axis 6 of the wheelset 7. On the upper part 9 of the platform 5, a balancing weight 15 with a drive motor 16 is placed to parry disturbing moments applied to platform 5, by moving the balancing weight 15 in the plane of the upper part 9 of the platform 5.
Также на платформе 5 размещена измерительная система (на фиг.2 не показана), обеспечивающая определение параметров углового и локомоционного движения модуля и содержащая датчик горизонта, датчики скоростей вращения колес, и, например, магнитометрические датчики, т.к. один из способов вывода светового луча излучателя света в точку начала формирования посадочной траектории и придание ему требуемой ориентации в азимуте относительно горизонтальной плоскости ВПП (2,5°) состоит в применении электромагнитной системы ориентации и навигации малого радиуса действия. Так, вблизи ВПП может быть установлен излучатель электромагнитного поля заданной конфигурации (на фигурах не показан), имеющий три антенны, при этом для измерения компонентов электромагнитного поля этого излучателя на платформе 5 устанавливают приемник электромагнитного излучения в виде трех соответствующих магнитометров. На основе обработки измерений магнитометров вычисляют дальность до излучателя электромагнитного поля, а также его взаимную ориентацию с приемником. Этот способ известен в данной области техники и описан, например, в следующих источниках информации: Плеханов В.Е., Электромагнитная система ориентации и навигации малого радиуса действия для точной посадки беспилотных летательных аппаратов, Авионика России, Энциклопедический справочник, 1999; Плеханов В.Е., Тювин А.В., Фещенко С.В., Черноморский А.И., Функциональные алгоритмы комплексной измерительной системы ориентации и навигации одноосной колесной транспортной платформы, Авиакосмическое приборостроение, 2006 г., №1.Also on the platform 5 there is a measuring system (not shown in FIG. 2) that provides the determination of the parameters of the angular and locomotion movement of the module and contains a horizon sensor, wheel speed sensors, and, for example, magnetometric sensors, as One of the ways to output the light beam of the light emitter to the start point of the formation of the landing path and give it the desired orientation in azimuth relative to the horizontal plane of the runway (2.5 °) is to use an electromagnetic orientation and navigation system with a short radius of action. So, an electromagnetic field emitter of a given configuration (not shown in the figures) having three antennas can be installed near the runway, and an electromagnetic radiation receiver in the form of three corresponding magnetometers is installed on the platform 5 to measure the components of the electromagnetic field of this emitter. Based on the processing of the measurements of the magnetometers, the distance to the emitter of the electromagnetic field, as well as its mutual orientation with the receiver, is calculated. This method is known in the art and is described, for example, in the following information sources: Plekhanov V.E., Short-range electromagnetic orientation and navigation system for precision landing of unmanned aerial vehicles, Avionics of Russia, Encyclopedic Handbook, 1999; Plekhanov V.E., Tyuvin A.V., Feshenko S.V., Chernomorsky A.I., Functional Algorithms for the Integrated Measuring System for Orientation and Navigation of a Uniaxial Wheel Transport Platform, Aerospace Instrumentation, 2006, No. 1.
Управление угловым положением платформы 5 модуля и ее стабилизация относительно плоскости горизонта вокруг оси 6 колесной пары 7 осуществляются в общем случае на основе комбинированного применения инерционного, гравитационного и гироскопического способов управления ориентацией.The control of the angular position of the platform 5 of the module and its stabilization relative to the horizon plane around the axis 6 of the wheelset 7 are carried out in the General case based on the combined use of inertial, gravitational and gyroscopic methods of orientation control.
При использовании инерционного способа осуществляется грубая стабилизация платформы 5 модуля в плоскости горизонта за счет момента сил инерции относительно оси 6 колесной пары 7, возникающего при управляемом ускоренном движении центра масс платформы 5. Это управление осуществляется путем подачи соответствующих напряжений на приводные электродвигатели 11 и 12 колес колесной пары 7.When using the inertial method, coarse stabilization of the module platform 5 is carried out in the horizontal plane due to the moment of inertia forces relative to the axis 6 of the wheelset 7, which occurs when the accelerated motion of the center of mass of the platform 5 is controlled. This control is carried out by applying the corresponding voltages to the drive motors 11 and 12 of the wheels couples 7.
При использовании гравитационного способа управления существует принципиальная возможность как стабилизации платформы 5 в плоскости горизонта, так и управления ее угловой ориентацией относительно плоскости горизонта. При этом в положении равновесия на заданном угле отклонения от плоскости горизонта равнодействующая сил тяжести платформы 5 и балансировочного груза 15 проходит через ось 6 колесной пары 7. Исполнительным элементом при таком способе управления является балансировочный груз 15, причем управление его перемещением осуществляется в функции параметров углового движения платформы 5.When using the gravitational control method, there is a fundamental possibility of both stabilizing the platform 5 in the horizon plane and controlling its angular orientation relative to the horizon plane. Moreover, in the equilibrium position at a given angle of deviation from the horizontal plane, the resultant of the gravity of the platform 5 and the balancing weight 15 passes through the axis 6 of the wheelset 7. The actuating element in this control method is the balancing weight 15, and its movement is controlled as a function of the parameters of the angular movement platforms 5.
Способ гироскопического управления и стабилизации реализуется так же, как в известных одноосных гироскопических стабилизаторах, описанных, например, в книге Репникова А.В., Сачкова Г.П., Черноморского А.И. «Гироскопические системы», М., Машиностроение, 1983. При использовании этого способа возможно осуществление как стабилизации платформы 5 в плоскости горизонта, так и управления ее угловой ориентацией относительно этой плоскости. При стабилизации платформы 5 парирование возмущающих моментов относительно оси 6 колесной пары 7 осуществляется гироскопическим моментом, а также моментом силы тяжести при перемещении балансировочного груза 15 по сигналам, в частности от датчика угла прецессии силового гироскопа. Управление балансировочным грузом 15 в этом случае необходимо для обеспечения силовой разгрузки гироскопа. Фактически модуль представляет собой особый тип гироскопического стабилизатора с маятниковостью верхней части 9 платформы 5, дополнительная особенность которого состоит в том, что силовым элементом в схеме его разгрузки является балансировочный груз 15, в то время как в традиционных гироскопических стабилизаторах таким элементом является датчик момента электромашинного типа. Кроме того, балансировочный груз 15 служит исполнительным элементом системы автоматической балансировки платформы 5 модуля. В режиме управления угловой ориентацией платформы 5 модуля на датчик момента гироскопа подается управляющий сигнал с одновременным перемещением балансировочного груза 15 для компенсации момента силы тяжести, возникающего при изменении углового положения платформы 5. Таким образом, имеет место комплексное применение гироскопического и гравитационного способов управления угловой ориентацией и стабилизации платформы 5 модуля.The method of gyroscopic control and stabilization is implemented in the same way as in the well-known uniaxial gyroscopic stabilizers described, for example, in the book of Repnikov A.V., Sachkova G.P., Chernomorsky A.I. “Gyroscopic systems”, M., Mechanical Engineering, 1983. Using this method, it is possible to stabilize the platform 5 in the horizon plane and to control its angular orientation relative to this plane. When the platform 5 is stabilized, the disturbing moments relative to the axis 6 of the wheel pair 7 are parried out by the gyroscopic moment, as well as by the moment of gravity when the balancing weight 15 is moved by signals, in particular from the precession angle sensor of the power gyroscope. The control of the balancing weight 15 in this case is necessary to ensure power unloading of the gyroscope. In fact, the module is a special type of gyroscopic stabilizer with the pendulum of the upper part 9 of platform 5, an additional feature of which is that the balancing weight 15 is a power element in its unloading circuit, while in traditional gyroscopic stabilizers this element is an electric machine type torque sensor . In addition, the balancing weight 15 serves as the Executive element of the automatic balancing system of the platform 5 of the module. In the control mode of the angular orientation of the module platform 5, a control signal is supplied to the gyroscope moment sensor while moving the balancing weight 15 to compensate for the moment of gravity arising from the change in the angular position of the platform 5. Thus, there is a complex application of gyroscopic and gravitational methods of controlling the angular orientation and stabilization platform 5 module.
Для реализации предлагаемого способа формирования трех частей посадочной траектории в одноосном колесном модуле предусмотрен набор характерных режимов движения:To implement the proposed method for the formation of three parts of the landing path in a uniaxial wheel module, a set of characteristic driving modes is provided:
- движение с постоянной скоростью и стабилизированной в плоскости горизонта платформой 5 с невысокой (на уровне единиц градусов) точностью - для обеспечения перемещений излучателя света в районе ВПП;- movement at a constant speed and platform 5 stabilized in the horizon plane with low (at the level of units of degrees) accuracy - to ensure the movement of the light emitter in the runway area;
- развороты вокруг вертикальной оси (азимутальные развороты) за конечное время - для решения задачи ориентации излучателя света в азимуте;- U-turns around the vertical axis (azimuth U-turns) for a finite time - to solve the problem of orientation of the light emitter in azimuth;
- стояночный режим стабилизации излучателя света на заданном угле наклона глиссады в диапазоне значений 2°-20° со средней (на уровне десятков угловых минут) точностью - для обеспечения формирования участка пробивания облачности и глиссадного участка посадочной траектории;- the parking mode of stabilization of the light emitter at a given angle of inclination of the glide path in the range of 2 ° -20 ° with average (at the level of tens of arc minutes) accuracy - to ensure the formation of the cloud penetration area and the glide path of the landing path;
- стояночный режим управления угловым положением излучателя света относительно плоскости горизонта по заданному закону с высокой (на уровне единиц угловых минут) точностью для обеспечения формирования участка выравнивания посадочной траектории.- the parking mode for controlling the angular position of the light emitter relative to the horizon plane according to a given law with high (at the level of units of angular minutes) accuracy to ensure the formation of the alignment area of the landing path.
Управление угловым положением излучателя относительно плоскости горизонта в одноосном колесном модуле осуществляется за счет прецессионного движения силового гироскопа вместе с платформой 5. Исполнительными элементами контура управления угловой ориентацией платформы относительно плоскости горизонта в этом случае являются балансировочный груз 15 и датчик момента гироскопа. Для обеспечения поворота платформы 5 вместе с излучателем относительно плоскости горизонта в процессе выравнивания на программный угол
Под действием этого момента гироскоп 13 начнет прецессировать, увлекая за собой платформу 5 модуля с установленным на ней излучателем. При этом к платформе 5 вокруг оси 6 колес колесной пары 7 будут приложены возмущающие моменты: момент силы тяжести платформы 5 mglsinαп и инерционный момент, порождаемый ускоренным движением платформы 5 вокруг оси 6 колес колесной пары
Для экспоненциальной траектории выравнивания программное перемещение балансировочного груза 15 следует осуществлять по закону:For an exponential alignment path, the programmed movement of the balancing weight 15 should be carried out according to the law:
Следует отметить, что для перемещения излучателя света по полю аэродрома может быть использовано любое другое, кроме описанного выше, транспортное средство.It should be noted that any other vehicle than the one described above can be used to move the light emitter along the field of the aerodrome.
Кроме того, для реализации предлагаемого способа излучатель света может быть установлен и без использования средств его перемещения по полю аэродрома, в том числе и описанного выше одноосного колесного модуля, т.е. стационарно, но при этом и стационарные средства его установки должны обеспечивать те же перемещения его светового луча, которые описаны выше.In addition, to implement the proposed method, the light emitter can be installed without using means of moving it along the field of the aerodrome, including the uniaxial wheel module described above, i.e. stationary, but at the same time stationary means of its installation should provide the same movements of its light beam, which are described above.
Использование же мобильного носителя для его установки на поле аэродрома позволяет осуществлять посадку ЛА и на необорудованных аэродромах, например, в условиях экстренной посадки.The use of a mobile carrier for its installation on the field of the aerodrome allows the aircraft to land on non-equipped aerodromes, for example, in an emergency landing.
А использование в предлагаемом способе одного излучателя света, посредством которого формируется вся посадочная траектория ЛА за счет управления его угловым положением, дает летчику возможность получения информации о положении посадочной траектории с момента начала снижения с крейсерской высоты до касания ЛА поверхности ВПП, т.е. до его приземления, что позволяет в значительной мере избавиться от так называемых "провалов" и "бросков" ЛА, которыми сопровождаются известные способы с использование нескольких излучателей света при переходе с одного участка посадочной траектории на другой, что, соответственно, повышает безопасность полетов ЛА.And the use in the proposed method of a single light emitter, through which the entire landing path of the aircraft is formed by controlling its angular position, gives the pilot the opportunity to obtain information about the position of the landing path from the moment of the start of the descent from the cruising height until the aircraft touches the runway surface, i.e. prior to its landing, which allows to significantly get rid of the so-called "failures" and "throws" of the aircraft, which accompany the known methods using several light emitters when moving from one section of the landing path to another, which, accordingly, increases the flight safety of the aircraft.
Следует также отметить, что обеспечение возможности наблюдения летчиком всех трех участков посадочной траектории до касания колес ЛА твердой поверхности посадочной полосы позволяет контролировать процесс прохождения посадки по указанной траектории вручную. Возможно и обеспечение проведения посадки ЛА согласно предлагаемому способу и в автоматическом режиме, однако для этого ЛА должен быть оснащен соответствующими средствами, аналогичными известным средствам, применяемым в настоящее время для обеспечения автоматического режима посадки ЛА, осуществляемым с использованием посадочных траекторий, формируемым по известным способам.It should also be noted that providing the pilot with the opportunity to observe all three sections of the landing trajectory before touching the aircraft wheels on the solid surface of the landing strip allows you to control the process of landing along the specified path manually. It is possible to ensure that the aircraft is landing according to the proposed method and in automatic mode, however, for this the aircraft must be equipped with appropriate tools similar to the known means currently used to provide automatic landing of aircraft, using landing paths generated by known methods.
Предлагаемый способ может использоваться на аэродромах как автономно, так и совместно с другими известными способами, например, радиотехническими, микроволновыми и др. Автономное его использование целесообразно на необорудованных и слабо оборудованных аэродромах, а также на аэродромах малой авиации. Совместное же его использование обеспечивает летчика дополнительной информацией о положении в пространстве оптимальной посадочной траектории, т.е. дополняя известный способ, например, радиотехнический, в недоступных для него зонах, например, когда снижение по радиотехнической глиссаде осуществляется только до высоты 60 метров, а далее - в ручном режиме без всякой внешней информации. Такой информацией позволяет обеспечивать летчика предлагаемый способ. Так, при снижении до высоты 60 метров летчик использует информацию от известных радиотехнических посадочных средств (например, ILS - Instrumental Landing System), а начиная с высоты 60 метров и до касания ЛА поверхности ВПП использует информацию от излучателя света согласно предлагаемому способу. Такое совместное использование предлагаемого способа с известными, с одной стороны, повышает безопасность выполнения посадки ЛА, а с другой стороны, позволяет повысить категорию аэродрома.The proposed method can be used at aerodromes both autonomously and in conjunction with other known methods, for example, radio engineering, microwave, etc. Autonomous use of it is advisable at unequipped and poorly equipped aerodromes, as well as at aerodromes of small aviation. Its joint use provides the pilot with additional information about the position in space of the optimal landing path, i.e. supplementing the known method, for example, radio engineering, in areas inaccessible to it, for example, when the reduction along the radio glide path is carried out only up to a height of 60 meters, and then in manual mode without any external information. Such information allows the pilot to provide the proposed method. So, when descending to a height of 60 meters, the pilot uses information from known radio-technical landing equipment (for example, ILS - Instrumental Landing System), and starting from a height of 60 meters and until the aircraft touches the surface of the runway, it uses information from the light emitter according to the proposed method. This joint use of the proposed method with the known, on the one hand, increases the safety of landing aircraft, and on the other hand, allows you to increase the category of the airfield.
Таким образом, изобретение охарактеризованное совокупностью признаков, каждый из которых выполняет свою функцию, обеспечивает технический результат, заключающийся в повышении безопасности посадки, в том числе в условиях недостаточной видимости или недостаточной освещенности ВПП, при недостаточном количестве визуальных ориентиров в районе ВПП, в сложных метеоусловиях, а также в случаях, когда необходимо осуществлять высокоточное приземление ЛА в заданной точке, например, на аэродромах с короткими ВПП, при наличии объектов в зоне захода на посадку, при наличии сложного рельефа в зоне аэродрома.Thus, the invention is characterized by a combination of features, each of which performs its function, provides a technical result, which consists in improving the safety of landing, including in conditions of insufficient visibility or insufficient illumination of the runway, with insufficient number of visual landmarks in the runway area, in difficult weather conditions, as well as in cases when it is necessary to carry out high-precision aircraft landing at a given point, for example, at aerodromes with short runways, if there are objects in the approach zone and landing, in the presence of a complex terrain in the area of the aerodrome.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012116850/11A RU2494932C1 (en) | 2012-04-26 | 2012-04-26 | Method of aircraft landing optical path formation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012116850/11A RU2494932C1 (en) | 2012-04-26 | 2012-04-26 | Method of aircraft landing optical path formation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2494932C1 true RU2494932C1 (en) | 2013-10-10 |
Family
ID=49302900
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012116850/11A RU2494932C1 (en) | 2012-04-26 | 2012-04-26 | Method of aircraft landing optical path formation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2494932C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3279406A (en) * | 1965-01-14 | 1966-10-18 | Colin J Ricketts | Glide path indicator system |
RU2322371C2 (en) * | 2006-02-01 | 2008-04-20 | Виктор Григорьевич Ошлаков | Method of orientation of transport facility moving in space by light beam and device for realization of this method |
RU2369532C2 (en) * | 2007-09-17 | 2009-10-10 | Михаил Ильич Свердлов | Aircraft landing laser system |
WO2010020751A2 (en) * | 2008-08-16 | 2010-02-25 | Qinetiq Limited | Visual landing aids |
-
2012
- 2012-04-26 RU RU2012116850/11A patent/RU2494932C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3279406A (en) * | 1965-01-14 | 1966-10-18 | Colin J Ricketts | Glide path indicator system |
RU2322371C2 (en) * | 2006-02-01 | 2008-04-20 | Виктор Григорьевич Ошлаков | Method of orientation of transport facility moving in space by light beam and device for realization of this method |
RU2369532C2 (en) * | 2007-09-17 | 2009-10-10 | Михаил Ильич Свердлов | Aircraft landing laser system |
WO2010020751A2 (en) * | 2008-08-16 | 2010-02-25 | Qinetiq Limited | Visual landing aids |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9274529B2 (en) | Safe emergency landing of a UAV | |
ES2951990T3 (en) | Device and method of navigation | |
CN101366064B (en) | Method and device for assisting the flying of an aircraft during an autonomous approach, and corresponding aircraft | |
JP5414540B2 (en) | Optical system for determining and displaying aircraft position and status during aircraft landing and takeoff | |
CN103176476B (en) | Autonomous approach route planning method for gliding unmanned aerial vehicles | |
EP3364154B1 (en) | Cockpit display systems and methods for generating cockpit displays including direct approach energy management symbology | |
US9233761B2 (en) | Display apparatus, control support system, and display method | |
US10502584B1 (en) | Mission monitor and controller for autonomous unmanned vehicles | |
RU2703412C2 (en) | Automatic aircraft landing method | |
RU2496131C1 (en) | Method of aircraft control in landing approach | |
CN101201627A (en) | Method for self-correcting course of depopulated vehicle based on magnetic course sensor | |
US11535394B2 (en) | Aircraft landing assistance method and memory storage device including instructions for performing an aircraft landing assistance method | |
RU2542820C2 (en) | Aircraft landing process | |
Miller et al. | Arctic test flights of the cmu autonomous helicopter | |
RU2494932C1 (en) | Method of aircraft landing optical path formation | |
Guan et al. | Low-cost MIMU based AMS of highly dynamic fixed-wing UAV by maneuvering acceleration compensation and AMCF | |
RU2549145C1 (en) | Method of control of aircraft landing path at landing on programmed airfield | |
RU2242800C2 (en) | Method for approach landing | |
US20190263536A1 (en) | Method for dynamic control of runway illumination on aircraft | |
RU2585197C1 (en) | Method for aircraft automatic landing in difficult weather conditions, including unmanned | |
RU2214943C1 (en) | Method of landing flying vehicle | |
RU2478523C2 (en) | Method of aircraft control in landing approach | |
RU2598111C9 (en) | Method of aircraft control during landing approach | |
RU2578202C1 (en) | Method for helicopter navigation, takeoff and landing | |
Pritchard | The Problems of Blind Landing |