SE531324C2 - System för autonom eller autopilotstyrd landning av flygfarkost - Google Patents

Description

531 324 :L positionering, optiska sensorer och vakuumteknologi kan man skapa ett nytt och säkert landningssystem för företrädesvis autonoma flygande farkoster.

Ett system för detta kan typiskt innehålla kombinationer av de olika systemkomponenterna: (a) navigationssystem, (b) banplaneringssystem med prediktion, (c) säkerhetssystem, (d) landningsplatta med tillhörande låsanordning samt (e) landningsstativ på flygfarkosten. Det beskrivna systemet är utvecklat för helikoptrar, men kan i delar eller sin helhet användas för flygande farkoster med vingar. Systemet kan användas för både obemannade och bemannade farkoster. Ett exempel på landningsplats kan vara en terränglastbil eller ett fartyg. (a) Navigationssystem Navigationssystemet för landning kan skilja sig från det som används för normal flygning. De har olika krav på positioneringsnoggrannhet. Detta krav förstärks när landningsplatsen är placerad på ett rörligt fordon.

Navigationssystemet fungerar från en yttre punkt och in till landningsplattan. Detta kan exemplifieras av ett dGPS (Differential Global Position System) system med mottagare på både landningsplats och den flygande farkosten. Detta system kan också implementeras med hjälp av kamera, optik eller andra sensorer som induktiva, akustiska eller laserbaserade sensorer. Detta utgör exempel på teknologier som tidigare har använts för att mäta inbördes spatiella relationer på mobila farkoster såsom bilar, fartyg och helikoptrar. (b) Banplanering med prediktion För att systemet ska kunna fungera med en rörlig landningsplatta krävs ett system som kan prediktera de olika farkosternas framtida position. I detta landningsförlopp ingår alltså algoritmer och programvara för att förutse farkosterna inbördes relationer. Ofta implementeras detta genom olika filter såsom Kalman-filter eller dylikt. Prediktionen sker med information sammanställd från sensorer främst placerade på fordonet som landningsplattan är placerad på och den flygande farkosten. Delar av 531 324 ö avigationssystemets sensorer ingår i detta delsystem. Sensorsystem och algoritmer kan skiljas åt i de olika faserna av landningsförloppet. System för att mäta det relativa avståndet mellan landningsplatta och farkost använder antingen landningsfordonet sensorsystem eller den flygande farkostens, både i kombination eller enskilt. (c) Säkerhetssystem För att förhindra att en autonorn landning orsakar skada på landningsplatsen kan ett system med säkerhetsgränser skapas inom ramen för det informationsbehandlande systemet. Dessa gränser bildar korridorer och sektorer i luftrummet kring landningsfarkosten där den flygande farkosten får vistas. Detta liknar de olika inflygningssystem som finns pä flygplatser. Dessa avgränsningar är tänkta att skydda personal eller vitala delar på landningsfordonet. Den planerade flygbanan kontrolleras genom att den flygande farkosten passerar ett antal kontrollrainar i den tänkta flygkorridoren på sin väg mot landningsplattan. I fallet med en rörlig landningsfarkost kommer dessa kontrollramar att följa landningsfarkosten. Säkerhetssystemet innehåller funktionalitet som kan bedöma om landningsförloppet ska avbrytas, både på ett kontrollerat sätt med ytterligare ett inflygningsförsök eller genom en okontrollerad landning inom ett förutbestämt område på säkert avstånd från den tänkta landningsplatsen. (d) Landningsplatta och låsningsandordning Det kritiska ögonblicket i den autonoma landningen är själva marksättningen och den omedelbara fastlåsningen av den flygande farkosten. Traditionellt sker själva landningsögonblicket vid den mest gynnsamma tidpunkten. I fallet med landning av helikopter på fartyg får ofta piloten hovra ovanför landningsplattan en kort tid för att bilda sig en uppfattning om fartygets rörelser. Olika visuella hjälpmedel monterade på fartyget används för att underlätta denna inläsningen. För själva fastlåsningen finns olika lösningar. Exempel på detta utgörs av harpunliknande fästkrokar som skjuts ner i plattan från helikoptern och utbildad personal som på landningsplattan låser fast helikoptern med sin 53'l 324 rfií egen kroppsvikt och sandsäckar. Många gånger kräver detta en speciell utformning av landningsplattans yta samt tillhörande låsanordningar.

Speciellt kritiskt är den friktion som uppkommer mellan landningsplattans yta och landningsstativet på den flygande farkosten. För en säker landníng måste landningsförloppet omedelbart kunna avbrytas till dess att den flygande farkostens motor år avslagen. (e) landningsstativ på flygfarkosten Landningsstativet på en helikopter har en mängd olika funktioner, dels ska det tjäna som hjälpmedel vid landníng och start, men också som skydd vid en eventuell krasch eller hård landníng. Det finns därför regler på dess utformning. Landningsstativet utgörs därför ofta av en skidliknande konstruktion. Dess utformning i marina sammanhang skiljer sig något från landstationerade helikoptrar.

Redogörelse fór uppfinningen Uppñnningen har till uppgift att utforma ett system av det inledningsvis nämnda slaget, som medger en säker landníng av företrädelsevis autonoma flygfarkoster på en fast eller rörlig landningsplats med en landningsplatta.

Enligt uppfinningen utmårks ett sådant system i första hand av att landningsplattan år inställbar efter två axlar, i roll- och tippled, medelst ett instållningsorgan, styrt i relation till flygfarkosten och horisontalplanet varvid flygfarkosten och landningsplattan är försedda med sändare och mottagare vilka definierar och kommunicerar det inbördes avståndet och de relativa vinklarna mellan landníngsplatta och landningsstativ, varvid det nämnda inställningsorganet är inrättat att ställa in de två nämnda axlarna så att landningsplattan blir väsentligen parallell med landningsstativets undersida. Övriga särdrag för uppfinningen framgår av de bifogade underkraven.

Redogörelse fór ett utfóringsexempel av systemet enligt uppfinningen Uppfinningen skall i det följande beskrivas närmare med hänvisning till de bifogade figurerna, varvid 531 324 figur l schematiskt visar ett system enligt uppfinningen vid landning av en autonom helikopter på ett fartyg till sjöss. figur 2 schematiskt visar det använda sensor- och kommunikafionssystemet, figur 3 schematiskt visar en landningsplatta enligt uppfinningen, figur 4 schematiskt visar ett blockschema över sensor- besluts- och aktivitetsfunktioner, figur 5 schematiskt visar en del av en landningsplatta med vakuumfunktion enligt uppfinningen, medan figur 6 schematiskt visar en landningsplatta enligt uppfinningen, monterad på en arm utanför relingen på ett fartyg.

Ett exempel på uppfinningen ses i den systemövergripande fig. l. Landningen av helikoptern 2 sker på en landningsplatta 3 pâ ett fartyg l. Därmed utgör fartygets 1 akterdäck landningsplatsen för helikoptern 2. Helikoptern följer en planerad landningsbana 21. Banan startar vid en yttre punkt där det befintliga operativa missionshanteringssystemet överlåter kontrollen över helikoptern 2 till detta landningssystem. Överlåtelsen godkänns av en operatör. Denna bana passerar en eller flera kontrollramar 28 som kontinuerligt justeras efter fartygets l position.

Dessa kontrollramar kan ses som sektioner i inflygningskorridoren som baseras på landningsbanan 21 Denna kontinuerliga kontroll sker fór att skydda fartyget loch dess personal. Dessa kontrollramar uppdateras i ALC i fig. 2. När helikoptern 2 närmar sig landningsplatsen kommer ALC i fig. 2 att kontrollera dess identitet och kurs för att säkerställa en korrekt avsikt från helikoptern 2. Systemet ger via ett antal sensorer, främst INS (Inertial Navigation System), GPS (Global Position System), dGPS (Differential Global Position System) och ONS (Optical Navigation System) de relativa vinklarna, den relativa hastigheten och avståndet mellan helikoptern 2 och en landningsplatta 3. Dessa sensorsystem kan ses i fig. 2 samt estimeringsfiinktionen ses som block 2 i fig. 4. Når helikoptern 2 närmar sig fartyget l kommer sensorinforrnationen (INS,GPS,dGPS och ONS) att gradvis förlita sig mer och mer på det optiska sensor systemet (ONS) i fig. 2. Landningsplattan 3 år lagrad i en första axel 7 i tippled och en andra axel 6 i rolled, och styrs av ett 531 324 icke visat inställningsorgan. När helikoptern är i omedelbar närhet till landningsplattan 3 kommer iristållningsorganet att ställa landningsplattan 3 efter de vinklar som helikopterns 2 landningsstativ 10 uppvisar. På så sätt underlättas själva landningsögonblicket genom att det relativa avståndet och den relativa vinkeln gradvis minskas så att en kontrollerad sättning av helikoptern 2 kan genomföras. Landningsplattan 3 anpassar därmed sin yta 4 till både fartyget l och helikopterns 2 rörelser. Landningsplattan 3 är placerad på en arm 13 som rör landningsplattans 3 yta 4, främst upp och ner för att kompensera fartygets 1 sjöhåvning. En del av denna sjöhâvning kompenseras dock av helikoptern 2 själv.

Armen 13 år monterad via ett fäste 12 så att huvuddelen av landningen sker utanför fartygets 1 reling. När fartygets 1 och landningsplattans inbördes spatiella relation är säkerställd, block 2 i fig. 4, så kontrolleras kollisionsrisker i det tredje blocket i fig. 4. Därefter styrs aktuatorerna för TIPP och ROLL i fig. 2 genom de högra blocken i fig. 4. Själva fastlåsningen mellan landningsplattans 3 yta 4 och helikopterns 2 landningsstativ 10 sker genom en vakuumfunktion i små hålligheter 11 i landningsplattans 3 yta 4, enligt figur 5. Skulle landningen behöva avbrytas av säkerhetsskäll kan vakuumfllnktionen snabbt släppa helikoptern 2 genom att undertrycket i hålligheterna 11 snabbt fylls till atmosfärstxyck. Efter landningen kommer helikoptern 2 att rangeras tillsammans med landningsplattan 3 till en uppstållningsplats ombord på fartyget 1. Denna lösning används också till start av helikoptern 2. Förloppet sker då i omvänd ordning. Undertrycket i håligheterna 11 används då till att underlätta starten och upphovringen av helikoptern 2 genom att helikoptems 2 lyftkraft kan ökas innan själva isär-kopplingen mot landningsplattan 3 sker.

Claims (7)

1. 531 324 Patentkrav Patentkrav 1. System för autonom eller autopilotstyrd landning av flygfarkost (2) med ett landningsstativ (10) med väsentligen plan undersida, på en fast eller rörlig landningsplats, med en väsentligen plan landningsplatta (3), kånnetecknat av att landningsplattan är inställbar efter två axlar (6,7), i roll- och típplcd, medelst ett inställningsorgan, styrt i relation till flygfarkosten och horisontalplanet, varvid flygfarkosten (2) och landningsplattan (3) är försedda med Sändare och mottagare vilka definierar och kommunicerar det inbördes avståndet och de relativa vinklarna mellan landningsplatta (3) och landningsstativ (10), varvid det nämnda inställningsorganet år inrättat att, ställa in de två nämnda axlarna (6,7) så att landningsplattan (3) blir väsentligen parallell med landningsstativets (10) undersida. Patentkrav

2. System enligt krav 1, kånnetecknat av att landningsplattan (3) och landningsstället (10) är försedda med samverkande organ, inrättade att infånga och fasthålla flygfarkosten )2) sedan denna landat med landningsstativet (10) på landningsplattan (3). Patentkrav

3. System enligt krav 2, kânnetecknat av att de samverkande organen består av öppningar (1 1) i landningsplattan (3) i vilka råder undertryck, och ytan på landningsstativet (10) vilken är anslutbar därtill. 534 32!! Patentkrav

4. System enligt krav 2, kânnetecknat av att de samverkande organen består av en styrbar magnetisk anordning, och motsvarande magnetiskt material på landningsstållet. Patentkrav

5. System enligt något av kraven 1-4, kännetecknat av att landningsplattan (4) år monterad på en arm vilken är inrättad att kompensera för lanclningsfarkostens rörelser i höjd- och sidled. Patentkrav

6. System enligt något av krav 1-5, kännetecknat av att mekaniska element är inrättade att överföra en landad flygfarkost från landningsplats till en uppstållningsplats och omvänt. Patentkrav

7. System enligt något av krav 1 till 6, kännetecknat av att systemet innehåller ett delsystem som definierar och upprätthåller säkra zoner (28) i luftrummet kring landningsplatsens omedelbara närhet, så att flygfarkosten (2) inte riskerar att komma i farlig närhet av personal eller materiel, varvid zonindelningen också kan utgöra underlag för autonoma eller manuella beslut att avbryta pågående landningsförlopp.