CИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОСАДКОЙ ВЕРТОЛЕТА В УСЛОВИЯХ НЕДОСТАТОЧНОЙ ВИДИМОСТИ - Студенческий научный форум

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

CИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОСАДКОЙ ВЕРТОЛЕТА В УСЛОВИЯХ НЕДОСТАТОЧНОЙ ВИДИМОСТИ

Акчурин Айрат Маратович 1
1Пензенский государственный университет
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Вертолеты широко используются для доставки людей и грузов в труднодоступные участки местности, в строительно-монтажном деле, для поиска и эвакуации пострадавших во время стихийных бедствий, разведки природных ресурсов, очагов пожара и их тушения, при проведении полицейских, антитеррористических операций, для экологического и радиационного контроля местности, для работы пограничных служб и пр.

Обеспечение безопасности полетов вертолетов является актуальной и сложной задачей, от успешного решения которой зависит жизнь экипажа и экономическая эффективность используемой авиационной техники. Требования по безопасности полетов являются более жесткими, чем требования по эффективности использования вертолетов или готовности их к применению [1]. Современность этой проблемы обусловливается увеличением скоростей, значительным усложнением конструкции, возросшими требованиями к использованию парка вертолетов. Полеты на современных вертолетах выполняются с применением сложного оборудования, совершенство и надежность которого в значительной мере определяют нагрузку летного состава и безопасность полетов.

Часто экипаж вертолета должен совершать взлеты и посадки с необорудованных и расположенных на высотах до 3000-4000 м над уровнем моря, наклонных, вблизи отвесных скал, оврагов, горных хребтов, а также на палубу кораблей, платформ в условиях отсутствия визуальной видимости и в сложных метеорологических условиях. К тому же, выполнение посадки на заснеженную, песчаную или пыльную площадку связано с возникновением вокруг вертолета снежных или пыльных вихрей, ухудшающих видимость экипажу. При снижении в процессе выполнения посадки снежное (пыльное) облако обволакивает вертолет, что приводит к ухудшению видимости намеченных ориентиров для посадки с последующей полной потерей их визуальной видимости. При ухудшении видимости элементов рельефа или отдельных объектов, находящихся в зоне посадки, производится зависание с целью раздувания снежного (пыльного) облака. Согласно данным Управления инспекции по безопасности полетов Федерального агентства воздушного транспорта РФ ежегодно в России происходит более 5 аварий гражданских и военных вертолетов.

Посадка вертолета в условиях недостаточной видимости опасна тем, что вынуждает пилота полагаться на бортовые навигационные приборы [2]. Однако устанавливаемые на современных вертолетах датчики не дают всей необходимой информации в сложных метеоусловиях, так как не способны осуществлять эффективное сканирование зоны посадки сквозь песчаную или снежную взвесь. Кроме того, бортовые навигационные приборы не дают на выходе легкосчитываемое изображение, тем самым еще более повышая нагрузку на пилота и увеличивая риск возникновения аварии. Повышение требований к безопасности посадки вертолета в сложных метеорологических условиях заставляет искать новые пути точных измерений положения вертолета относительно посадочной поверхности и разрабатывать эффективные средства контроля и управления посадкой вертолета.

В настоящее время в нашей стране и за рубежом ведутся активные работы по созданию систем управления посадкой вертолетов, обеспечивающих безопасную посадку на неподготовленную площадку в условиях недостаточной видимости. Разработки таких систем находятся на разных этапах готовности, однако пока не существует готового технологического решения для массового производства.

Целью данной работы является анализ методов и средств создания систем, обеспечивающих безопасную посадку в условиях недостаточной видимости.

Посадка представляет собой самый сложный этап полета воздушного судна, поскольку при этом происходят значительные изменения режима полета, а на завершающем этапе посадки воздушное судно должно быть выведено на весьма ограниченный участок земной поверхности - взлетно-посадочную полосу. Поэтому большая роль в обеспечении регулярности и безопасности полетов отводится радиотехническим системам посад­ки, предназначенным для обеспечения захода на посадку и посадки ВС.

На вертолетах посадку можно производить несколькими способами: без пробега по земле, или, как называют такую посадку, «по-вертолетному», и с пробегом по земле, т. е. «но-самолетному» [1]. Посадка «по-самолетному» выполняется в тех случаях, когда из-за недостатка располагаемой мощности двигателя невозможно произвести зависание перед посадкой. К этим случаям относятся посадка с перегрузочным полетным весом и посадка при наличии высокой температуры наружного воздуха. Кроме того, при пробеге вертолета по недостаточно ровной поверхности может возникнуть явление «земного резонанса», которое приводит к поломке вертолета. Проявление «земного резонанса» связано с тем, что вертолет представляет собой упругую систему (шасси, фюзеляж, несущий и рулевой винты), которая имеет собственную частоту колебаний. При воздействии на вертолет какой-либо внешней силы, что бывает при пробеге вертолета по неровной поверхности, происходят вынужденные колебания шасси, фюзеляжа и других элементов системы, которые могут совпасть с их собственными колебаниями и вызвать «земной резонанс».

Основным способом посадки вертолета является посадка «по-вертолетному», при которой не требуется специальной посадочной полосы. Возможность таких посадок расширяет область применения вертолетов и позволяет использовать их там, где невозможно использовать самолет. Посадка «по-вертолетному» выполняется следующим образом. Планирование перед посадкой производится на скорости 90—120 км/час. Начиная с высоты 40—50 м скорость полета плавно гасится. При отсутствии препятствий на подходе висение выполняется на высоте 1—3 м. После того как вертолет завис, плавным уменьшением общего шага несущего винта добиваются, чтобы вертикальная скорость снижения к моменту приземления была около 0,1— 0,2 м/сек. Убедившись, что вертолет стоит колесами на твердом грунте, уменьшают общий шаг несущего винта до минимального значения. Такое уменьшение общего шага исключает раскачку вертолета и подпрыгивания в случае грубого приземления с большой вертикальной скоростью. Таким образом, при посадке «по-вертолетному» происходит значительное изменение общего шага несущего винта, который до момента зависания вертолета увеличивается, а затем уменьшается до минимального значения. Увеличение общего шага несущего винта происходит, как правило, до значения, соответствующего номинальной или реже взлетной мощности двигателя. Необходимость использования столь больших мощностей двигателя обязывает экипаж следить, чтобы не было во время планирования переохлаждения двигателя, при котором возможна даже его самоостановка.

При создании системы управления посадкой вертолета в условиях недостаточной видимости необходимо решить следующие задачи

- обеспечить ситуационную осведомленность о пространственном положении вертолета;

- обеспечить ситуационную осведомленность о состоянии зоны посадки.

Следовательно, в систему должно входить, по крайней мере, два компонента:

1. сенсоры с высокой проникающей способностью для сканирования зоны посадки в условиях недостаточной видимости;

2. дисплейный индикатор для отображения данных с сенсоров в интуитивно-понятном для пилота виде (синтетическое зрение).

Для обеспечения круглосуточных и всепогодных полетов и посадок вертолета, используются различные оптико-электронные системы, представляющие собой сложные приборные комплексы. Они состоят из разнородных по физическому принципу построения каналов, функционально связанных друг с другом, с бортовыми системами связи, навигации, бортовым компьютером, различными датчиками и, если вертолет имеет военное назначение – с системой вооружения. Вертолетные оптико-электронные системы могут быть установлены в разных местах: в передней турели вертолета, снаружи непосредственно на его кабине, на мачте над винтом, сбоку на левом или правом борту. В состав таких систем могут входить: дневной оптический канал прямого видения через окулярную систему, тепловизионный прибор (тепловизор), дневная телевизионная (ТВ) система, низкоуровневая ТВ-система для работы при низких уровнях освещенности – в сумерках и ночью, лазерный целеуказатель-дальномер, радиолокационная станция – все вместе или различные комбинации, функционально и конструктивно связанные с устройством гиростабилизации (рисунок 1) [2].

Рисунок 1 Вертолетные оптико-электронные системы

Кроме того, в состав индикаторной части оптико-электронной системы может входить наголовный дисплей пилота, выполненный либо в виде комбинированного нашлемного устройства, либо (для ночных полетов) в виде очков ночного видения (рисунок 2).

Рисунок 2 - Наголовная аппаратура пилота с очками ночного видения

В настоящий момент наиболее развиты технологии, разработанные для уже существующих пилотажных применений. В области датчиков и сенсоров это GPS, инерциальный измерительный блок, доплеровский измеритель скорости, гироскоп, радиовысотомер (определяют пространственное положение вертолета), метео-РЛС сантиметрового диапазона, ТВ и ИК камеры, лазерные локаторы — лидары (определяют состояние зоны посадки). В области индикаторов это традиционная пилотажная символика и нашлемные индикаторные модули (дневной индикатор и индикаторные очки ночного видения). ТВ и тепловизионные ИК камеры, лидары позволяют просматривать избранную зону посадки с хорошим разрешением до начала пыльного/снежного вихря, однако их эффективность в условиях недостаточной видимости крайне ограничена. Метео-РЛС сантиметрового диапазона обладают хорошей проникающей способностью, однако их недостатки заключаются в низком разрешении по дальности вследствие недостаточной широкополосности излучаемых сигналов, ограниченной скорости сканирования из-за использования механического привода в большинстве антенн и в слишком большой слепой зоне вследствие использования импульсных сигналов. Все эти факторы в совокупности делают метео-РЛС непригодными для определения состояния зоны посадки на небольших расстояниях, обеспечивающих достаточное разрешение.

Наиболее перспективны системы синтетического зрения (Synthetic vision system -SVS)[3]. SVS- это система, формирующая в бортовом вычислителе и выводящая на систему индикации изображение топографического участка, наблюдаемого из кабины пилота. Топографический участок извлекается из бортовой базы данных в соответствии с информацией о текущих географических координатах, высоте и пространственной ориентации воздушного судна. Текущее местоположение воздушного судна определяется с помощью системы управления, высота полета - с помощью системы воздушных сигналов или системы измерения радиовысоты, пространственное положение - с помощью инерциальной навигационной системы (рисунок 3)

Рисунок 3 - Технология синтетического зрения

Система SVS была разработана НАСА и ВВС США в 1970-1990 годах. Агентство FAA сертифицировала систему SVS в конце 2007 года на бизнес-джетах Gulfstream IV и Gulfstream V. На самолетах Gulfstream изображение SVS представляло собой 3D-изображение местности, формируемое по данным системы EGPWS. Изображение SVS выводилось в виде фона на командно-пилотажном индикаторе вместо коричнево-голубого фона авиагоризонта (рисунок 4).

Рисунок 4 - Система синтетического зрения

Синтетическое видение обеспечивает ситуационную осведомленность операторов с использованием баз данных о местности, препятствиях, геополитических, гидрологических и других базах данных. Типичное приложение SVS использует набор баз данных, хранящихся на борту самолета, компьютер-генератор изображений и дисплей. Навигационное решение получено за счет использования GPS и инерциальных систем отсчета.

На данный момент системы синтетического зрения находятся на недостаточном технологическом уровне готовности. Основные проблемы таких систем заключаются в обеспечении сбора сенсорами релевантной информации, включая ориентиры местности и препятствия, а также в отображении этой информации в легко читаемой форме. Это зависит от эффективности обработки полученных данных и надежности методов слияния изображений, однако ни то, ни другое не являются достаточно развитыми технологиями. С развитием технологий и средств вычислительной техники системы синтетического зрения займут достойное место в авионике.

Список используемых источников

1. ГОСТ Р 56491-2015. Воздушный транспорт. Система управления безопасностью вертолетной деятельности. Общие принципы построения системы управления безопасностью вертолетной деятельности на всех этапах жизненного цикла вертолетов. Основные положения. Москва: Стандартинформ, 2015. 9 с.

2. Особенности взлетов и посадок на пыльных, песчаных или заснеженных площадках. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.svvaul.ru/component/k2/600-osobennostivzletov-i-posadok-na-pylnykh-peschanykh-ili-zasnezhennykh-ploshchadkakh

3. Сажаем вертолет вслепую: обзор технологий синтетического зрения. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://habr.com/ru/post/369655

Просмотров работы: 37