СПОСОБ ПОСАДКИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА НА КОРАБЛЬ Российский патент 1997 года по МПК B64F1/18 

Изобретение относится к способам посадки самолетов обычной аэродинамической схемы на авианосец.

Известен способ посадки самолета на корабль, заключающийся в снижении летательного аппарата (ЛА) вплоть до касания полетной палубы (ПП) по задаваемой корабельной системой глиссаде, имеющей стабилизированной, т.е. автоматически сохраняемый постоянным независимо от килевой и бортовой качки корабля угол наклона относительно неподвижной горизонтальной плоскости тихой воды. Этот угол (обозначим его A) устанавливается по величине равным 3, 3,5 или 4^o [1,2]
Компенсация воздействий на угол A наклонений корабля обеспечивает реальную возможность "захвата" и отслеживания в процессе посадки самолетом задаваемой траектории.

Современный корабельный посадочный комплекс включает два типа согласованных между собой систем посадки. К первому относится визуальная (лазерная и/или оптическая), а ко второму радиотехническая система. Особенностью визуальной системы посадки (ВСП) является то, что глиссада непосредственно задается относительно местоположения глаз летчика в ЛА, что обеспечивает возможность ее восприятия пилотом. В отличие от ВСП радиотехнические системы, например американская AN/SPN-42, осуществляют радиолокационное сопровождение ЛА и в реальном масштабе времени передачу информации на самолет о точности отслеживания расчетной траектории посадки в закодированном виде по каналу радиосвязи. На самолете эта информация используется для формирования воздействий на органы управления (автоматический режим посадки) или для представления в соответствующем виде на индикаторе (директорный режим посадки) для летчика, который вручную воздействует на органы управления. С целью обеспечения возможности плавного перехода на управление с одной системы на другую без дополнительных маневров самолета и осуществления взаимного контроля за качеством их работы при посадке в зоне действия обоих систем траектория захода на посадку по радиотехнической системе формируется вписанной в траекторию оптической (визуальной) системы.

Таким образом, радиотехническая глиссада так же, как и визуальная, "задается" относительно местоположения глаз летчика в ЛА. В связи с этим указанный способ посадки самолета на авианосец, принятый в качестве прототипа, обладает следующим недостатком.

Даже при точном выдерживании самолетом глиссады посадки килевая и бортовая качка корабля приводит к ошибкам по дальности относительно расчетной точки посадки.

При этом, например, для американских авианосцев типа "Nimitz" в условиях морского волнения наклонение на нос в момент пролета ЛА над кормовым срезом относительно оси, ортогональной осевой линии посадочного участка ПП и параллельной плоскости конструктивной ватерлинии (КВЛ) корабля, на величину более предельного угла ψнпр

1,66^o приведет к удару самолета о кормовой срез палубы, а наклонение на корму в момент касания ЛА ПП авианосца относительно оси, ортогональной осевой линии посадочного участка ПП и параллельной плоскости КВЛ корабля, на величину более предельного угла ψrпр 1,05^o приведет к посадке за пределами тросов аэрофинишера без зацепления и необходимости ухода ЛА на второй круг с предварительным пробегом по ПП корабля.

Предельные углы наклонения на нос и на корму корабля оказываются примерно в 2 и 3 раза соответственно меньше, чем угол наклона глиссады посадки A (для авианосца Nimitz" A 35^o).

По зарубежным данным, наибольшее число аварий и катастроф при посадке самолетов на авианосцы происходит по причинам удара о кормовой срез ПП и поломки шасси [2] При этом превалирующее влияние на опасность посадки оказывает килевая качка корабля.

Задачей изобретения является повышение безопасности посадки самолета на авианосец. Указанная задача решается тем, что в способе посадки летательного аппарата (ЛА) на корабль, заключающемся в снижении ЛА по стабилизированной в условиях качки глиссаде, формируемой посадочной системой корабля, касании ЛА полетной палубы (ПП) и торможении посредством аэрофинишера, согласно изобретению, в моменты времени предшествующие моментам времени пролета ЛА над кормовым срезом (τ_срез) и касания ЛА ПП (τ_кас) на половину среднего периода (T) случайного процесса качки (ψ(τ)) относительно оси, ортогональной осевой линии посадочного участка (ПП), измеряют относительной этой оси величины углов наклонения корабля на корму (ψ^к) и на нос (ψ^н) соответственно, одновременно сравнивают измеренные величины с предельными величинами наклонения корабля относительно той же оси с учетом коэффициента корреляции (ρ) значений случайного процесса качки ψ(τ) соответствующих моментам времени, интервал между которыми составляет половину его среднего периода T, и в случае превышения измеренными значениями углов сравниваемых с ними величин запрещают посадку ЛА, направляя его на второй круг.

Сравнение измеренных углов наклонения корабля на корму и на нос осуществляют с использованием математических выражений:

где ψнпр

, ψкпр - предельные значения углов наклонения корабля относительно оси, ортогональной осевой линии посадочного участка ПП на нос и на корму соответственно.

Половина среднего периода (T) обусловлена здесь тем, что, во-первых, все виды качки корабля в условиях установившегося нерегулярного волнения являются стационарными Гауссовскими случайными процессами, в том числе случайный процесс качки авианосца относительно рассматриваемой оси (Бородай И.К. Нецветаев Ю.А. Мореходность судов. Л. "Судостроение", 1982, с.73), а во-вторых, любые два сечения (значения) рассматриваемого стационарного Гауссовского случайного процесса качки авианосца, временной интервал между которыми T/2, представляют собой систему двух нормально распределенных случайных величин (см. Корн Г. Корн Т. Справочник по математике. М. Изд-во "Наука", 1977, с. 599) с экстремальным (но меньшим по абсолютной величине единицы) коэффициентом корреляции, равным значению корреляционной функции качки ρ(τ) при τ T/2. Для обычных водоизмещающих кораблей, в частности авианосцев типа "Nimitz", r (T/2) 0,8.-0,9 в широком диапазоне условий морского волнения, что подтверждается расчетами качки (см. РД5. 1003-80. Методика расчета качки водоизмещающих кораблей и судов) и анализом соответствующих спектральных плотностей качки авианосцев, опубликованных в [2]
Величина r (T/2) достаточна, чтобы с высокой степенью достоверности прогнозировать опасные наклонения корабля для осуществляющего посадку ЛА, а время T/2 составляет для авианосцев, подобных авианосцу "Nimitz", порядка 4. 4,5 с, чего достаточно для принятия решения о запрете посадки и ухода ЛА на второй круг без касания ПП.

Далее изобретение поясняется чертежами, где изображено:
фиг. 1 сечение корабля по осевой линии посадочного участка ПП плоскостью G, перпендикулярной плоскости конструктивной ватерлинии (КВЛ) авианосца,
фиг. 2 графики корреляционных функций качки относительно оси, ортогональной осевой линии посадочного участка ПП и параллельной плоскости КВЛ авианосца "Nimitz" на встречном волнении при скорости хода 30 узлов,
фиг. 3(а), 4(а) сечения корабля по осевой линии посадочного участка ПП плоскостью G, перпендикулярной плоскости КВЛ авианосца в фиксированные моменты времени t_срез - T/2,,
фиг. 3(б), 4(б) опасные для ЛА наклонения корабля на нос и корму соответственно в моменты времени τ_срез и τ_кас.

Здесь τ_срез и τ_кас моменты пролета ЛА соответственно над срезом и в точке касания ПП.

На фиг. 1, 3, 4 приведенные обозначения имеют следующий смысл:
O проекция точки размещения оптического блока ВСП на плоскость G,
K расчетная точка посадки,
R точка кормового среза ПП,
F точка пересечения осевой линии посадочного участка ПП и последнего, считая с кормы, троса аэрофинишера,
1 невозмущенное положение корабля,
3 задаваемая глиссада посадки (расчетная траектория движения точки расположения глаз пилота в ЛА),
4 расчетная траектория движения нижней точки тормозного крюка ЛА.

Позиции 2 на фиг. 1 соответствует положение корабля при предельном угле наклонения ψyпр

(a) и ψrпр(б)
Позиции 2 на фиг. 3, 4 соответствуют наклонения корабля на корму и нос, превышающие соответственно βψyпр и βψrпр в моменты времени соответственно τ_срез - T/2 и τ_кас - T/2;
для авианосца типа "Nimitz"
RO 148 М, RK 70,1 М, A 3,5^o, ,
FO 59,9 М, KF 18 М, .

Способ осуществляется следующей последовательностью операций.

На стадии технического проекта рассчитываются относительно оси, ортогональной осевой линии посадочного участка ПП и параллельной плоскости КВЛ корабля, предельные углы наклонения на нос и на корму авианосца ψнпр

, ψкпрпри которых имеют место касания без зацепления нижней точкой тормозного крюка, производящего посадку ЛА соответственно, кормового среза ПП и последнего троса аэрофинишера в условиях идеального полета ЛА: с равными нулю углами рыскания и крена и расчетным углом тангажа посадки абсолютно точно в вертикальной плоскости, содержащей осевую линию посадочного участка ПП, по задаваемой глиссаде.

Далее определяют средний период T случайного процесса качки относительно оси, ортогональной осевой линии посадочного участка ПП и параллельной плоскости КВЛ авианосца, коэффициент корреляции ρ (T/2) значений (сечений) этого случайного процесса качки в моменты времени, интервал между которыми составляет половину определенного среднего периода данного случайного процесса, при движении корабля с неизменным курсом относительно генерального распространения волн и скоростью хода, соответствующими условиям посадки и вычисляют

Определение среднего периода качки T, коэффициента корреляции ρ (T/2) и числа b осуществляют во время мореходных испытаний корабля или/и непосредственно перед посадкой ЛА.

При посадке ЛА на палубу корабля измеряют величины углов наклонения на корму и на нос относительно оси, ортогональной осевой линии посадочного участка ПП и параллельной плоскости КВЛ корабля в моменты времени, предшествующие на половину определенного среднего периода случайного процесса качки относительно оси, ортогональной осевой линии посадочного участка ПП и параллельной плоскости КВЛ авианосца, соответственно, момент пролета над кормовым срезом ПП t_{срез =} нижней точки тормозного крюка и момент касания ПП нижней точкой тормозного крюка τ_кас, производящего посадку ЛА.

В случае превышения величины измеренного угла наклонения на корму или на нос произведения определенного числа на вычисленный предельный угол наклонения авианосца соответственно, на нос или на корму относительно оси, ортогональной осевой линии посадочного участка ПП и параллельной плоскости КВЛ корабля, запрещение или рекомендация руководителю посадкой запретить посадку ЛА с требованием ухода на второй круг.

Примененный в способе критерий прогнозирования опасных для ЛА наклонений корабля по реализациям наклонений за T/2 до пролета среза ПП или касания ПП и заключающийся в превышении наклонений на корму и нос значений произведения, соответственно βψyпр

и βψrпр был получен на основе фундаментальных и прикладных научных разработок и полностью был подтвержден на практике. Расчеты и испытания показали, что предлагаемый способ посадки обеспечивает прогнозирование опасных для ЛА наклонений корабля ψ^y > ψyпр с вероятностью около 0,98; ψ^r > ψrпр с вероятностью - 0,89 и предусматривает в этих случаях запрещение посадки и уход ЛА на второй круг без касания ПП. Другими словами, предлагаемый способ посадки предполагает практически полную "замену" возможных удара ЛА о кормовой срез ПП или попадания ЛА за зону тросов аэрофинишера при посадке в условиях качки корабля запретом посадки и уходом ЛА на второй круг без касания ПП посредством прогнозирования опасных для ЛА наклонений корабля.

Технико-экономический эффект по сравнению с прототипом заключается в повышении безопасности посадки: уменьшении вероятностей удара о кормовой срез ПП, превышения относительной скорости посадки ЛА при попадании достаточно дальше расчетной точки посадки K, а также в расширении мореходных свойств по применению авиации с авианосцев среднего водоизмещения, для которых характерна более интенсивная качка, чем для авианосцев типа "Nimitz" в одинаковых гидрометеорологический условиях.

Использование: для посадки ЛА на палубу корабля в условиях качки. Сущность изобретения: прогнозирование опасных для ЛА наклонений авианосца за время, равное половине среднего периода качки авианосца относительно оси, ортогональной осевой линии посадочного участка ПП и параллельной плоскости конструктивной ватерлинии (КВЛ) корабля. Для этого в моменты времени, предшествующие на половину среднего периода случайного процесса качки корабля относительно оси, перпендикулярной осевой линии посадочного участка ПП и параллельной плоскости КВЛ корабля, соответственно моментам пролета ЛА среза ПП и касания ПП, измеряют углы наклонения корабля на корму на параметр

где ρ (T/2) - коэффициент корреляции значений случайного процесса качки корабля. В случае превышения измеренных углов указанного произведения посадка ЛА на палубу корабля запрещается. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ посадки летательного аппарата (ЛА) на корабль, заключающийся в снижении ЛА по стабилизированной в условиях качки глиссаде, формируемой посадочной системой корабля, касании ЛА, полетной палубы (ПП) и торможении посредством аэрофинишера, отличающийся тем, что в моменты времени предшествующие моментам времени пролета ЛА над кормовым срезом (τ_срез) и касания ЛА ПП (τ_кас) на половину среднего периода (Т) случайного процесса качки (ψ(τ)) относительно оси, ортогональной осевой линии посадочного участка ПП, измеряют относительно этой оси величины углов наклонения корабля на корму (ψ^к) и на нос (ψ^н) соответственно, одновременно сравнивают измеренные величины с предельными величинами наклонения корабля относительно той же оси с учетом коэффициента корреляции (ρ) значений случайного процесса качки ψ(τ), соответствующих моментам времени, интервал между которыми составляет половину его среднего периода Т; и в случае превышения измеренными значениями углов сравниваемых с ними величин, запрещают посадку ЛА, направляя его на второй круг. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сравнение измеренных углов наклонения корабля на корму и на нос осуществляют с использованием математических выражений
ψ^к(τ_срез - T/2) > βψнпр

,
ψ^y(τ_срез - T/2) > βψrпр,

где ψнпр, ψкпр - предельные значения наклонения корабля относительно оси, ортогональной осевой линии посадочного участка ПП, на кос и корму соответственно.