СПОСОБ СИГНАЛИЗАЦИИ ПРИВОДНЕНИЯ И ВЗЛЕТА С ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ САМОЛЕТА-АМФИБИИ

Название	СПОСОБ СИГНАЛИЗАЦИИ ПРИВОДНЕНИЯ И ВЗЛЕТА С ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ САМОЛЕТА-АМФИБИИ
Разработчик (Авторы)	Маркович Игорь Ильич, Грецов Алексей Валерьевич, Макарчук Анатолий Васильевич
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2492121
Дата регистрации	10.09.2013
Правообладатель	Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет"
Область применения (класс МПК)	B64D 45/04 (2006.01) G08G 5/02 (2006.01)
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Изобретение относится к гидроавиации, в частности к самолетам-амфибиям (СА). Предназначено для автоматических систем управления посадкой на водную поверхность и взлетом с нее, приводящих в действие поверхности управления в зависимости от уровня гидродинамического воздействия среды на днище лодки и высоты движения СА.

Применение таких систем, как показано в материалах патента РФ №2268157 (МПК B60F 3/00, B64C 35/00, B64C 13/16) «Система управления углом тангажа СА при движении по воде в режиме глиссирования», способствует исключению из практики управления движением СА ситуаций, связанных с отказами или с «человеческим фактором» при глиссировании по водной поверхности, когда СА может выйти на углы хода, близкие к граничным.

Таким образом, преимущественной областью использования изобретения являются существующие и вновь создаваемые авиационные системы автоматического управления движением СА.

Известны способы, направленные на повышение уровня автоматизации процессов управления движением летательных аппаратов, с целью исключения из практики управления их движением ситуаций, связанных с отказами или с «человеческим фактором». Эти способы заключаются в получении из внешней среды данных, их обработке и последующей передаче сигналов в контур управления движением СА.

К ним может быть отнесена «Система раннего измерения турбулентности перед летательным аппаратом» по патенту РФ №2373554 (МПК G01S 17/95). Изобретение относится к системе раннего измерения турбулентности перед летательным аппаратом. Техническим результатом изобретения является измерение скорости ветра впереди летательного аппарата на расстоянии, достаточном для того, чтобы успеть привести в действие поверхности управления летательного аппарата с опережением по времени. Поэтому для определения моментов перехода СА из воздушной среды в водную и наоборот система использоваться не может.

На основе емкостного датчика сверхмалых высот полета гидросамолета, описанного в патенте РФ №2196077 (МПК B64D 43/00, G01F 23/26) и отнесенного авторами к области авиационного приборостроения, также можно реализовать способ определения моментов перехода из водной среды в воздушную и из воздушной в водную с целью приведения в действие поверхностей управления при обеспечении посадки на водную поверхность и при отрыве от нее при взлете. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе показания датчика существенно зависят от условий внешней среды, в частности, от влажности воздуха.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по максимальному количеству сходных признаков является техническое решение, основанное на способе оценки электропроводности среды и принятия решения о том, какой из сред соответствует измеренная электропроводность. Данное решение, описанное в патенте США №7350751 (МПК B64C 25/54) «Шасси с системой противодействия переворачиванию самолета при посадке на воду» и заключающееся в осуществлении непосредственного контакта с окружающей средой и регистрации изменения среды по результатам оценки ее свойств при переходе из воздушной среды в водную и наоборот, принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится то, что в известном способе используется свойство среды - электропроводность, которое может изменяться в широких пределах в зависимости не только от окружающей среды (вода или воздух), но и от содержания (или отсутствия) в воде различных примесей (невозможность правильной идентификации среды при работе в водоемах с пресной водой, например, на озере Байкал) ее агрегатного состояния (обледенение). Следствием этого является большая вероятность принятия неправильного решения о нахождении (или ненахождении) днища лодки СА в водной среде.

В результате известное техническое решение не может быть использовано в автоматических системах управления СА, предназначенных для приведения в действие поверхностей управления при обеспечении посадки на водную поверхность и при отрыве от нее при взлете.

В основу изобретения положена задача, заключающаяся в создании способа сигнализации приводнения и взлета с водной поверхности СА, лишенного вышеизложенных недостатков, в котором обеспечивается повышение достоверности сигнализации момента касания днищем лодки СА водной поверхности при переходе из воздушной среды в водную, отрыва днища лодки от водной поверхности при взлете с воды, а также нахождения на плаву и в воздухе.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, примененном в изобретении «Шасси с системой противодействия переворачиванию самолета при посадке на воду» по патенту США №7350751, в котором путем непосредственного контакта с окружающей средой и регистрации ее изменения по результатам оценки свойств среды при переходе из воздушной среды в водную и наоборот, измеряют и сравнивают высоту перемещения СА с верхним и нижним порогами заданного диапазона высот и гидродинамическое воздействие среды на днище лодки СА с заданным порогом вибраций, причем если значение измеренной высоты находится между нижним и верхним порогами, то при значении гидродинамического воздействия выше порога вибраций принимается решение «Вода», при значении гидродинамического воздействия ниже порога вибраций - решение «Воздух», и независимо от значения гидродинамического воздействия при значении измеренной высоты выше верхнего порога принимается решение «Воздух», а при значении высоты ниже нижнего порога - решение «Вода».

Благодаря введению в известный способ совокупности существенных отличительных признаков, предлагаемый способ обеспечивает повышение достоверности сигнализации момента касания днищем лодки СА водной поверхности при переходе из воздушной среды в водную, отрыва днища лодки СА от водной поверхности при взлете с воды, а также нахождения на плаву и в воздухе.

Сущность предлагаемого способа поясняется на чертеже, где:

1 - радиовысотомер;

2 - датчик вибраций;

3 - блок цифровой обработки сигналов.

Способ сигнализации приводнения и взлета с водной поверхности самолета-амфибии, в котором путем непосредственного контакта с окружающей средой и регистрации ее изменения по результатам оценки свойств среды при переходе из воздушной среды в водную и наоборот измеряют и сравнивают высоту перемещения СА с верхним и нижним порогами заданного диапазона высот и гидродинамическое воздействие среды на днище лодки СА с заданным порогом вибраций, причем если значение измеренной высоты находится между нижним и верхним порогами, то при значении гидродинамического воздействия выше порога вибраций принимается решение «Вода», при значении гидродинамического воздействия ниже порога вибраций - решение «Воздух», и независимо от значения гидродинамического воздействия при значении измеренной высоты выше верхнего порога принимается решение «Воздух», а при значении высоты ниже нижнего порога - решение «Вода», осуществляется следующим образом.

Сигналы с выходов радиовысотомера 1 и датчика вибраций 2 одновременно поступают на соответствующие входы блока цифровой обработки сигналов 3. В блоке цифровой обработки сигналов 3 сигналы, поступающие с выходов радиовысотомера 1 и датчика вибраций 2, одновременно преобразуются в цифровые отсчеты. После цифровой обработки в блоке 3 формируются сигналы принятия решений «Воздух» или «Вода», поступающие на выход блока цифровой обработки сигнала 3, откуда они могут быть переданы во внешние устройства.

Для сигнала, поступающего с выхода радиовысотомера 1, пропорционального высоте перемещения (ВП) СА и обозначаемого в дальнейшем как U_ВП, в блоке цифровой обработки сигналов 3 осуществляется вычисление математического ожидания (МО) по формуле:

где К=Т_ВП·F_ВП - количество отсчетов на интервале вычисления U_{ВП МО};

i - номер отсчета U_ВП;

- i-й отсчет U_ВП;

T_ВП - временной интервал для вычисления U_{ВП МО};

F_ВП - частота следования отсчетов U_ВП.

Для сигнала, поступающего с выхода датчика вибраций 2, пропорционального уровню гидродинамического воздействия (ГДВ) на днище лодки СА на участке от предреданной части до кормы и обозначаемого в дальнейшем как U_ГДВ, в блоке цифровой обработки сигналов 3 осуществляется вычисление среднего квадратического отклонения (СКО) напряжения U_{ГДВ СКО} по формуле:

где

N=T_ГДВ·F_ГДВ - количество отсчетов на интервале вычисления U_{ГДВ СКО};

i - номер отсчета U_ГДВ;

U_ГДВ - i-й отсчет сигнала датчика вибраций ГДВ;

U_{ГДВ МО} ^- математическое ожидание сигнала, поступающего с выхода радиовысотомера 1, рассчитываемое по формуле:

В блоке цифровой обработки сигналов 3 вычисленное значение U_{ГДВ СКО} сравнивается с установленным заранее пороговым значением напряжения вибраций , соответствующим уровню вибраций днища лодки СА, возникающих при касании днищем лодки СА водной поверхности, а вычисленное значение U_{ВП МО} - с установленными заранее усредненными значениями напряжений , соответствующего граничной высоте нахождения СА на плаву, и , соответствующего высоте отрыва от водной поверхности при взлете и касании ее при посадке при максимально допустимом для эксплуатации СА волнении. Эти значения высот устанавливаются по показаниям радиовысотомера.

Без учета погрешности показаний радиовысотомера значение высоты СА, находящегося на взлетно-посадочной полосе с выпущенным в нормальное положение шасси, принимается равным 0 м.

Когда шасси убраны и днище СА касается невзволнованной водной поверхности, показания радиовысотомера для СА, например, Бе-200 оказываются равными примерно минус 1 м; при скорости перемещения по воде менее 60 км/ч показания радиовысотомера, в зависимости от запаса топлива на борту СА и др. полезной нагрузки, могут достигать минус 2 м.

Тогда для принятия решения о том, что днище лодки СА «уверенно» находится в водной среде, может быть установлено соответствующим высоте минус 1,5 м, что будет соответствовать погружению днища на 0,5 м.

Для принятия решения о том, что днище лодки СА «уверенно» уже находится в воздушной среде при взлете или еще находится в воздушной среде при посадке, введен порог . С учетом высоты волн, при которой допускается эксплуатация СА Бе-200, равной от 1,2 м до 1,5 м, и указанной выше высоты касания невзволнованной водной поверхности, равной по показаниям радиовысотомера минус 1 м, значение этого порога могло бы быть установлено равным 0,5 м. Однако, с целью обеспечения работоспособности способа в экстренных случаях при большей высоте волн, целесообразно установить порог равным 1,5 м.

и существенно зависят от массогабаритных характеристик и эксплуатационных особенностей СА и уточняются в ходе эксплуатации.

Способ характеризуется использованием таких общеизвестных средств, как датчик вибраций и радиовысотомер.

Отсчеты напряжений U_ВП и U_ГДВ, снимаемых с радиовысотомера 1 и датчика вибраций 2 соответственно, поступают в блок цифровой обработки сигналов 3.

В блоке цифровой обработки сигналов 3 на скользящих временных интервалах длительностью Т_{набл.ГДВ} и Т_{набл.ВП} одновременно производятся вычисления по формулам (1), (2) и (3).

Результаты вычислений по формулам (1) и (2) в блоке цифровой обработки сигналов 3 одновременно сравниваются с установленными заранее значениями напряжений, соответствующими заданным высотам перемещения СА и , и установленным заранее значением напряжения, соответствующим заданному уровню вибраций .

При совпадении условий и в блоке цифровой обработки сигналов 3 вырабатывается решение «Вода». При выполнении условия решение «Вода» принимается независимо от значения U_{ГДВ СКО}.

При совпадении условий и в блоке 3 цифровой обработки сигналов вырабатывается решение «Воздух». При выполнении условия решение «Воздух» принимается независимо от значения U_{ГДВ СКО}.

Решения «Воздух» и «Вода» поступают на выход блока цифровой обработки сигналов 3 для передачи их во внешние устройства для индикации принятого решения и в автоматические системы управления посадкой на водную поверхность и взлета с нее.

Использование каждой из упомянутых выше математических операций трудностей реализации не вызывает и в отдельности известно. Однако установленная новая совокупность этих операций и порядок их выполнения являются причиной получения нового технического результата.

Преимущество изобретения состоит в том, что обеспечивается повышение достоверности сигнализации моментов касания днищем лодки СА водной поверхности при переходе из воздушной среды в водную и отрыва днища лодки от водной поверхности при взлете с воды, а также нахождения на плаву и в воздухе. В результате повышения достоверности упомянутой сигнализации повышается эффективность использования демпфера тангажа с оптимизированным для гашения гидродинамических моментов законом управления, предназначенного для борьбы с продольными колебаниями СА при движении в контакте с водной поверхностью. Такой демпфер включен в систему управления аэродинамического руля высоты СА Бе-200; он работает в режиме минимизации угловой скорости тангажа при движении СА по волне в режиме глиссирования и снижает влияние ошибок пилотирования на режимах глиссирования. При этом за счет уменьшения раскачки СА повышается мореходность, т.е. появляется возможность эксплуатации СА при большей высоте волн, что отмечено в материалах патента РФ №2268157 (МПК B60F 3/00, B64C 35/00, B64C 13/16) «Система управления углом тангажа самолета-амфибии при движении по воде в режиме глиссирования».

Формула изобретения

Способ сигнализации приводнения и взлета с водной поверхности самолета-амфибии, основанный на непосредственном контакте с окружающей средой и регистрации ее изменения по результатам оценки свойств среды при переходе из воздушной среды в водную, и наоборот, отличающийся тем, что измеряют и сравнивают высоту перемещения самолета-амфибии с верхним и нижним порогами заданного диапазона высот и гидродинамическое воздействие среды на днище лодки самолета-амфибии с заданным порогом вибраций, причем если значение измеренной высоты находится между нижним и верхним порогами, то при значении гидродинамического воздействия выше порога вибраций принимается решение «Вода», при значении гидродинамического воздействия ниже порога вибраций - решение «Воздух» и независимо от значения гидродинамического воздействия при значении измеренной высоты выше верхнего порога принимается решение «Воздух», а при значении высоты ниже нижнего порога - решение «Вода».

Изобретение "СПОСОБ СИГНАЛИЗАЦИИ ПРИВОДНЕНИЯ И ВЗЛЕТА С ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ САМОЛЕТА-АМФИБИИ" (Маркович Игорь Ильич, Грецов Алексей Валерьевич, Макарчук Анатолий Васильевич) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога