УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ БЛОКИРОВКИ ВЫХОДА ВОЗДУШНЫХ И МОРСКИХ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ ЗА РАЗРЕШЕННУЮ ЗОНУ И ВХОДА ИХ В ЗАПРЕТНЫЕ ЗОНЫ Российский патент 2008 года по МПК G05D1/00 

Изобретение относится к средствам сигнализации и управления для широкого класса человеко-машинных систем, в т.ч. для пилотируемых подвижных объектов, таких как водные, подводные и воздушные суда и т.д.

Известны бортовые системы навигации и автономного управления летательными аппаратами (л.а.), где в качестве измерителей вектора скорости и географических координат местоположения л.а. используются инерциальные навигационные системы (ИНС), а в качестве корректора инерциальных систем используются спутниковые навигационные системы (СНС). Бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ) в составе пилотажно-навигационного комплекса обеспечивает автономное счисление составляющих вектора скорости, высоты полета и координат местоположения л.а. по данным ИНС, проводит коррекцию координат и высоты по данным СНС, формирует и выдает управляющие сигналы в систему автоматического управления. Система автоматического управления обеспечивает автоматическое управление рулями посредством рулевых приводов по сигналам БЦВМ и датчиков угловых эволюции л.а. В качестве прототипа принято: инерциальная навигационная система ИНС-2000-1, стр.522 "Авиационное вооружение и авионика. Энциклопедия XXI век. Оружие и технологии России. Том 10" [1], бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС), стр.523 [1], система автоматического управления САУ-10В самолета СУ-32, стр.556 [1], в качестве датчика спутниковой навигационной системы используется авиационный приемоиндикатор А-737, стр.536 [1], БЦВМ-А-313, стр.613 [1], система дистанционного управления рулевыми поверхностями СДУ-10М2, стр.561 [1].

В основу изобретения положено решение задачи обеспечения блокировки выхода морских и воздушных подвижных объектов, применяемых во внутренних морских и воздушных пространствах, за разрешенную зону, а также блокирования входа их в запретные зоны путем принудительного отворота объектов от границы разрешенной зоны (запретной зоны) с принудительным переводом работы двигательной установки на режим минимально допустимой тяги. В качестве границы разрешенных и запретных зон могут быть и Государственные границы.

Поставленная цель достигается тем, что в систему ручного, полуавтоматического или автоматического управления подвижных объектов, содержащую датчик топлива, последовательно соединенные регулятор тяги и сервопривод автомата тяги двигательной установки, устройство управления боковым движением объекта, выход которого соединен с первым входом привода органов управления боковым движением, согласно предложенному техническому решению включено устройство автоматической блокировки выхода морских и воздушных подвижных объектов за границу разрешенной зоны и блокирования входа их в запретные зоны (УАБ), в которое введены последовательно соединенные инерциальная навигационная система, блок комплексирования, блок относительных параметров и блок ближней зоны, последовательно соединенные устройство формирования исходных данных, блок приема и хранения исходных данных и блок определения координат границы, выход которого соединен со вторым входом блока относительных параметров, блок ограничений, устройство блокировки тяги, устройство блокировки рулей, при этом выход регулятора тяги соединен с четвертым входом устройства блокировки тяги, выход которого соединен со вторым входом сервопривода автомата тяги двигательной установки, второй и третий входы устройства блокировки тяги соответственно соединены с третьим выходом блока комплексирования и первым выходом блока ближней зоны, первый вход блока ограничений соединен с выходом датчика топлива системы управления объектом, второй и третий входы блока ограничений соответственно соединены с третьим и первым выходами блока комплексирования, первый выход блока ограничений соединен с первым входом устройства блокировки тяги и третьим входом блока ближней зоны, второй выход его соединен с первым входом блока ближней зоны и с пятым входом устройства блокировки рулей, первый и второй входы устройства блокировки рулей соответственно соединены с третьим и вторым выходами блока комплексирования, третий и четвертый входы устройства блокировки рулей соответственно соединены с седьмым и первым выходами блока относительных параметров, шестой его вход соединен с первым выходом блока ближней зоны, седьмой его вход соединен с выходом устройства управления боковым движением объекта, а выход устройства блокировки рулей связан со вторым входом привода органов управления боковым движением, третий выход блока комплексирования соединен со вторым входом блока ближней зоны, первый выход блока ближней зоны соединен с третьими входами блока комплексирования и блока относительных параметров;

в него введена спутниковая навигационная система, выход которой соединен со вторым входом блока комплексирования, а вход ее соединен с шестым выходом блока комплексирования;

в него введена система предупреждения, состоящая из последовательно соединенных блока дальней зоны и системы сигнализации и индикации, при этом первый вход блока дальней зоны соединен со вторым выходом блока ограничений, второй его вход соединен с третьим выходом блока комплексирования, третий и четвертый его входы соответственно соединены с первым и вторым выходами блока ближней зоны, пятый и шестой его входы соответственно соединены со вторым и шестым выходами блока относительных параметров, выход блока дальней зоны соединен с четвертыми входами блока относительных параметров и системы сигнализации и индикации, первый, второй и третий входы системы сигнализации и индикации соответственно соединены с третьим, четвертым и пятым выходами блока относительных параметров;

в него введено устройство оповещения, содержащее последовательно соединенные источник питания, управляемый ключ, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока ближней зоны, и устройство, излучающее в эфир специальный, единый для данного государства радиосигнал «сигнал чрезвычайного происшествия» о попытке перехода объектом Государственной границы;

в него введен блок фиксации координат, вход которого соединен с пятым выходом блока комплексирования.

В предлагаемом устройстве УАБ реализуется высокоточная выработка линейных координат и их первых производных путем комплексирования информации, вырабатываемой спутниковой навигационной системой и инерциальной навигационной системой.

Блок-схема бортовой системы автоматической блокировки выхода воздушных и морских подвижных объектов за разрешенную зону и входа их в запретные зоны приведена на чертеже.

Система блокировки включает в себя систему 1 управления объектом, сервопривод 2 автомата тяги, привод 3 органов управления боковым движением объекта и устройство автоматической блокировки выхода морских и воздушных подвижных объектов за границу разрешенной зоны и блокирования входа их в запретные зоны, содержащее блок 4 ограничений, устройство 5 блокировки тяги, устройство 6 блокировки рулей, инерциальную навигационную систему 7, блок 8 комплексирования, блок 9 относительных параметров, блок 10 ближней зоны, спутниковую навигационную систему 11, блок 12 фиксации координат, устройство 13 оповещения, устройство 14 формирования и ввода исходных данных, блок 15 приема и хранения данных, блок 16 определения координат границы, блок 17 дальней зоны, систему 18 сигнализации и индикации.

Система управления 1 содержит регулятор тяги 19, датчик топлива 20 и устройство 21 управления боковым движением объекта, имеет три выхода.

Блок 4 представляет из себя набор сумматоров, умножителей, делителей, блока извлечения корня квадратного, работающих по определенным алгоритмам, имеет два выхода и три входа.

Блок 5 содержит последовательно соединенные инвертор, сумматор, управляемый ключ, выполненный, например, как триггер, выход которого соединен с выходом блока 5, а управляющий вход ключа связан с третьим входом блока 5, и формирователь пропорционального минимально допустимой тяге двигательной установки на данном режиме движения управляющего сигнала, содержащий набор сумматоров, умножителей, работающих по определенному алгоритму, выход которого соединен со вторым входом сумматора, а входы формирователя управляющего сигнала соединены с первым и вторым входом блока 5, вход инвертора соединен с четвертым входом блока 5, имеет один выход и четыре входа.

Блок 6 содержит последовательно соединенные инвертор, сумматор, управляемый ключ, выход которого соединен с выходом блока 6, а управляющий вход ключа связан с шестым входом блока 6, и формирователь управляющего сигнала, пропорционального максимально допустимому из условий безопасности моменту органов управления бокового движения на данном режиме движения (максимально допустимым углам отклонения рулей), содержащий набор сумматоров, умножителей, делителей, работающих по определенному алгоритму, выход которого соединен со вторым входом сумматора, а первый вход формирователя управляющего сигнала соединен с первым входом блока 6, второй вход его соединен со вторым входом блока 6, третий вход соединен с третьим входом блока 6, четвертый вход соединен с четвертым входом блока 6, пятый вход его соединен с пятым входом блока 6, вход инвертора соединен с седьмым входом блока 6, имеет один выход и семь входов.

Блок 7 реализуется, в частности, в бесплатформенном варианте и содержит три акселерометра, три лазерных гироскопа и вычислитель навигационной информации, имеет один выход.

Блок 8 может включать устройство ввода-вывода для связи с блоками 7 и 11, набор тригонометрических преобразователей, сумматоров, умножителей, делителей, интеграторов, блока извлечения корня квадратного, работающих по определенным алгоритмам, имеет шесть выходов и три входа.

Блок 9 может включать набор сумматоров, умножителей, делителей, тригонометрических преобразователей, формирователей текущих ограничений, блока извлечения корня квадратного, работающих по определенным алгоритмам, имеет четыре входа и семь выходов.

Блок 10 может включать набор сумматоров, умножителей, работающих по определенным алгоритмам, имеет три входа и два выхода.

Блок 11 содержит приемовычислитель с приемными каналами спутниковой навигационной системы и интерфейсом, выносную антенну с антенным устройством и малошумящий усилитель сигналов антенного устройства, имеет один выход и один вход.

Блок 12 содержит блок памяти географических координат с возможностью длительного хранения параметров, имеет один вход.

Блок 13 содержит последовательно соединенные источник питания, управляемый ключ, управляющий вход которого соединен с входом блока 13, и устройство, излучающее в эфир специальный, единый для данного государства радиосигнал («сигнал чрезвычайного происшествия - ЧП» типа «сигнал бедствия - SOS») о попытке перехода Государственной границы, с целью фиксации его погранслужбой. Мощность радиопередатчика, вид радиосигнала «ЧП», характеристики его параметров определяются и должны быть согласованы со всеми заинтересованными организациями, в том числе и погранслужбой, имеет один вход.

Блок 14 может включать клавиатуру, монитор, программатор, устройство сопряжения для связи с блоком приема и хранения данных.

Блок 15 содержит постоянное запоминающее устройство, имеет один выход и один вход.

Блок 16 может включать набор сумматоров, умножителей, работающих по определенным алгоритмам, имеет один выход и один вход.

Блок 17 может включать набор сумматоров, умножителей, работающих по определенным алгоритмам, имеет шесть входов и один выход.

Блок 18 содержит источник питания, три управляемых ключа, три индикатора, три сигнализатора и звуковое устройство (например, электрический звонок), имеет четыре входа. При этом входы всех ключей связаны с выходом источника питания, а выход первого ключа связан с первым сигнализатором, который сигнализирует о наличии команды «Отверни влево», выход второго ключа связан со вторым сигнализатором, который сигнализирует о наличии команды «Отверни вправо», выход третьего ключа связан с третьим сигнализатором, который сигнализирует о наличии команды «Граница», и звуковым устройством. Первый вход блока 18 связан с набором индикаторов:

- на первом индикаторе показывается дальность до границы, например, «L=10,0 км»;

- на втором индикаторе показывается скорость сближения с границей, например, «V=158 м/с»;

- на третьем индикаторе показывается угол между вектором скорости и линией ближайшего расстояния до границы, например, «А=21 град».

Второй вход блока 18 связан с управляющим входом первого ключа. Третий вход блока 18 связан с управляющим входом второго ключа. Четвертый вход блока 18 связан с управляющим входом третьего ключа.

Выход блока 19 из состава системы управления 1 соединен с первым входом блока 2 и с четвертым входом блока 5, выход которого соединен со вторым входом блока 2. Выход блока 21 из состава системы управления 1 соединен с первым входом блока 3 и с седьмым входом блока 6, выход которого соединен со вторым входом блока 3. Выход блока 20, входящего в состав системы управления 1, соединен с первым входом блока 4, первый выход которого соединен с первым входом блока 5 и третьим входом блока 10, а второй выход блока 4 соединен с пятым входом блока 6 и с первыми входами блоков 10 и 17. Второй и третий входы блока 4 соединены соответственно с третьим и первым выходами блока 8. Блоки 7, 8, 9 и 10 соединены последовательно. Выход блока 11 соединен со вторым входом блока 8. Второй выход блока 8 соединен со вторым входом блока 6, а третий выход блока 8 связан со вторыми входами блоков 4, 5, 10, 17 и первым входом блока 6. Четвертый выход блока 8 соединен с первым входом блока 9. Пятый и шестой выходы блока 8 соединены соответственно с входом блока 12 и с входом блока 11. Первый выход блока 9 соединен с четвертым входом блока 6, второй выход блока 9 соединен с четвертым входом блока 10 и с пятым входом блока 17. Третий, четвертый и пятый выходы блока 9 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока 18, шестой выход блока 9 подключен к шестому входу блока 17, седьмой выход блока 9 соединен с третьим входом блока 6. Блоки 14, 15, 16 соединены последовательно, выход блока 16 соединен со вторым входом блока 9. Первый выход блока 10 соединен с входом блока 13, с шестым входом блока 6 и с третьими входами блоков 5, 8, 9 и 17. Выход блока 17 соединен с четвертыми входами блоков 18 и 9. Второй выход блока 10 соединен с четвертым входом блока 17.

Система автоматической блокировки работает следующим образом.

В блок 15 приема и хранения данных с помощью сервисного оборудования 14 оператором заранее в виде отдельных массивов заносятся и там хранятся географические координаты точек границы разрешенной зоны и/или запретных зон. В качестве границы разрешенной зоны или запретных зон в блок 15 могут быть введены, например, координаты Государственной границы России или иного государства (участка Государственной границы России: например, границы внутренних вод Тихого океана. Каспийского моря, координаты прибрежных зон или воздушного пространства других государств и т.д.). Расчетная граница между точками определяется в блоке 16 определения координат границы методом линейной интерполяции или аппроксимируется математическими выражениями более высокого порядка. Далее эти данные попадают в блок 9.

Системой 1 осуществляется ручное, полуавтоматическое или автоматическое управление движением объекта, в блоке 19 формируется сигнал управления двигательной установкой, поступающий на первый вход сервопривода автомата тяги и на инвертор устройства 5 блокировки тяги, а в блоке 21 формируется сигнал управления в боковом канале, поступающий на первый вход привода 3 органов управления боковым движением объекта и на инвертор устройства 6 блокировки рулей.

Сигнал с датчика топлива 20 системы 1 поступает на первый вход определителя 4 ограничений, где производится расчет текущей массы объекта:

m=m_n+m_т;

где m [кг] - текущая масса объекта;

m_n [кг] - масса пустого объекта заносится оператором;

m_т [кг] - масса оставшегося топлива по данным датчика топлива.

В зависимости от текущей массы и параметров движения (высота и скорость), поступивших из блока 8, рассчитываются значения располагаемой перегрузки n_y и n_z. Допустимые значения эксплуатационной перегрузки для каждого объекта разные и зависят от конструктивных особенностей объекта, допустимых значений угла атаки и скольжения, аэродинамических характеристик, максимальных значений углов отклонения органов управления и т.д. При движении объекта на малых скоростных напорах значения эксплуатационной перегрузки определяется критическими значениями углов атаки и скольжения, на больших скоростных напорах значения эксплуатационной перегрузки определяется допустимыми ограничениями, накладываемыми конструктивными особенностями объекта или пилотируемым экипажем. В частности, для максимальных значений эксплуатационных перегрузок, действующих по осям объекта Y1, Z1 и распределяющихся по закону эллипса:

где nyd - допустимое значение перегрузки

nzd - допустимое значение перегрузки nz,

вычисление располагаемой боковой перегрузки происходит следующим образом:

nzm=k·β_d;

где [м/с²] - величина вертикального ускорения в связанной системе координат, получаемая из блока 8.

g [м/с²] - ускорение свободного падения;

β_d [рад] - критический угол скольжения для данного объекта;

k - коэффициент, зависящий от режима движения;

m, m_k, m_n - соответственно текущая масса объекта, масса полного объекта, масса пустого объекта.

В случае если nz меньше nzm, то значение располагаемой перегрузки n_z равно nz. В случае если nz больше или равен nzm, то n_z равен nzm.

В блоке 4 производится расчет минимально возможной из условий безопасности на данном режиме движения скорости:

где K1 - коэффициент, зависящий от режима движения;

m - текущая масса объекта;

α_кр - критический угол атаки.

Расчетные данные о минимально возможной скорости V_min выдаются на первый выход блока 4. Величина располагаемой перегрузки n_z и текущее значение массы m выдается на второй выход блока 4.

При движении объекта датчики информации, входящие в состав инерциальной навигационной системы (ИНС) 7, вырабатывают первичную информацию о составляющих векторов линейного ускорения, линейной скорости, а также о значениях трех углов поворота объекта. При этом на выходе ИНС 7 вырабатываются сигналы по линейным продольным параметрам Хи, сигналы по линейным боковым параметрам Zи, сигналы по вертикальным параметрам Yи, и углы поворота объекта: угол тангажа, угол крена, угол рыскания. Блок 8 комплексирования, принимая данную информацию, производит счисление географических координат, высоты и составляющих вектора скорости в географической системе координат (ось ОУ направлена по вертикали места, ось ОХ направлена на север, ось OZ образует правую систему координат). С целью повышения точности счисления координат и составляющих вектора скорости блок 8 периодически (с периодом, равным интервалу наблюдения Т) по программе включает спутниковую навигационную систему 11 и производит циклический прием и распаковку принятой с блока 11 информации. При этом на выходе спутниковой навигационной системы 11 в момент сеанса связи с искусственными спутниками Земли вырабатываются сигналы линейных координат объекта, их первых производных и времени Московского:

X_сп, , Z_сп, , Y_сп, , t.

По этим данным блок 8 осуществляет коррекцию параметров движения объекта и составляющих вектора скорости. В блоке 8 осуществляется также определение модуля скорости движения объекта и угла наклона траектории:

Откорректированные параметры движения объекта поступают на следующие выходы блока 8:

- на первый выход выдается сигнал о вертикальном ускорении ;

- на второй выход выдаются сигналы об угле рыскания ϕ и угле наклона траектории θ;

- на третий выход выдаются сигналы: высота Y, скорость V и угол крена;

- на четвертый выход выдаются сигналы: X, , Z, ;

- на пятый выход выдаются: признак команды «Запрет», сигналы о текущем времени (время Московское) ее наличия и сигналы о географических координатах: широта и долгота объекта на момент появления команды «Запрет»;

- на шестой выход выдаются данные для осуществления ориентации антенного устройства спутниковой навигационной системы.

Блок 9, приняв данные из блока 8 о параметрах движения объекта и данные из блока 16 о границе разрешенной зоны (запретной зоны), производит расчет ближайшего расстояния объекта до границы (L), скорости сближения (L) с границей и угла А между вектором скорости (V) и линией ближайшего расстояния. Данные о ближайшем расстоянии объекта до границы L выдаются на второй выход, и далее они попадают в блоки 10 и 17. Данные об угле А выдаются на седьмой выход (третий вход устройства 6 блокировки рулей). По команде «Запрет», выдаваемой блоком 10, блок 9 осуществляет сравнение угла А с пороговым значением А1_зад и в случае, если модуль угла А больше А1_зад, формирует и выдает на выход 1 (четвертый вход блока 6) команду «Откл1».

По команде «Граница», выдаваемой блоком 17, блок 9 осуществляет сравнение угла А с пороговым значением А2_зад и в случае, если модуль угла А больше А2_зад, формирует и выдает на шестой выход (шестой вход блока 17) команду «Откл2» на снятие команды «Граница». Одновременно по команде «Граница» блок 9 формирует и выдает на третий выход и далее на первый вход системы 18 сигнализации и индикации данные о L, и А, проводит проверку: если угол А больше или равен нулю, блок 9 формирует и выдает на четвертый выход и далее на второй вход системы 18 сигнализации команду «Отверни влево», а если угол А меньше нуля, блок 9 выдает на пятый выход и далее на третий вход системы 18 сигнализации команду «Отверни вправо».

Блок 17, приняв данные из блока 8 о параметрах движения объекта, производит вычисление дальности L_дз от границы разрешенной зоны (запретной зоны) до границы дальней зоны в зависимости от радиуса траектории разворота, скорости сближения L и дальности L_бз, рассчитанной блоком 10 и принятой блоком 17 по четвертому входу, по следующей формуле:

L_дз=L_бз+R1+Б1;

R1=V²/g·n_z - для плоского разворота;

R1=V²/g·n_y·sinγ - для разворота с креном;

где V [м/с] - скорость движения объекта;

n_y, n_z - значения располагаемой перегрузки соответственно в продольной и боковой плоскостях, принятые из блока 4 по первому входу;

g [м/с²] - ускорение силы тяжести;

γ [рад] - угол крена, принятый из блока 8 по второму входу.

В случае отсутствия аэродинамических характеристик объекта или если значения располагаемых перегрузок теоретическим путем определить не удается, в блоки 10 и 17 вводятся зависимости радиуса траектории разворота объекта от скорости, высоты полета и массы объекта, полученные экспериментальным путем.

Б1 [км] учитывает инерционность выхода объекта на параметры установившегося разворота объекта на той скорости и высоте движения, при которых происходит маневр (учитывает инерционность экипажа о принятии решения на совершение маневра, инерционность рулевого привода с ограниченной скоростью выхода рулей направления на заданный угол), скорость и направление ветра и течения воды на участке маневра, парусность объекта, плотность среды в которой происходит маневрирование, и т.д. Б1 есть функция высоты, скорости и массы объекта и должна быть определена таким образом, чтобы объект гарантированно не вышел за границу ближней зоны. В блоке 17 происходит сравнение текущей расчетной дальности L, принимаемой по входу 5 из блока 9, с расчетной дальностью дальней зоны L_дз. В случае если объект пересекает границу дальней зоны, т.е. L становится меньше L_дз, блок 17 формирует и выдает на выход команду «Граница». По команде «Граница», принятой по четвертому входу в блоке 18, третий управляемый ключ замыкает цепь: источник питания - сигнализатор команды «Граница» и звуковое устройство, сигнализатор сигнализирует экипажу о наличии команды «Граница», включается и звуковое устройство, предупреждающие экипаж о приближении объекта к границе разрешенной или запрещенной зоны. Сигналы, принятые блоком 18 по второму и третьему входам, попадают на управляющие входы соответственно первого и второго управляемых ключей, которые и замыкают соответствующие цепи: источник питания - сигнализатор команды «Отверни влево» или источник питания - сигнализатор команды «Отверни вправо». Данные о дальности до границы L, скорости сближения L и угле А, поступившие на первый вход блока 18, попадают на соответствующие индикаторы. При получении команды «Откл2» из блока 9 блок 17 снимает команду «Граница».

В блоке 10 по данным из блока 8 о параметрах движения объекта происходит определение дальности L_бз от границы зоны использования (запретной зоны) до границы ближней зоны исходя из того, что объектом совершается маневр на постоянной минимально возможной скорости с максимально отклоненными рулями или другими органами управления, создающими максимально возможный боковой момент для совершения бокового маневра с минимальным радиусом разворота траектории, на данном режиме полета и обеспечением безопасности полета объекта:

L_бз=R2+Б2,

где R2 [км] - вычисленный в блоке 10 ближней зоны радиус траектории разворота объекта при минимально возможной скорости движения на данной высоте полета, полученных из блока 4, и максимально отклоненных рулях (располагаемой боковой перегрузке, полученной из блока 4).

Б2 [км] учитывает инерционность погашения скорости движения при выходе двигателя на минимальную тягу, плотность среды, в которой происходит маневрирование, инерционность при выходе на заданную перегрузку, силу и направления ветра и течения воды при маневре, парусность объекта и т.д. Б2 есть функция высоты, скорости и массы объекта и должна быть определена таким образом, чтобы объект при совершении маневра гарантировано не вышел за границу разрешенной зоны (запретной зоны) при управлении по сигналам устройства УАБ. Дальность L_бз выдается на второй выход и далее на четвертый вход формирователя 17 дальней зоны.

В блоке 10 происходит сравнение текущей дальности L, принимаемой по входу 4 из блока 9, с дальностью ближней зоны L_бз. В случае если объект, пересекая границу дальней зоны, продолжает движение в направлении границы разрешенной зоны (запретной зоны) и пересекает границу ближней зоны, т.е. когда текущая дальность L становится меньше L_бз, блок 10 ближней зоны формирует и выдает на первый выход команду "Запрет". Команда «Запрет» поступает на управляющий вход управляемого ключа (третий вход) устройства 5 блокировки тяги и управляющий вход управляемого ключа (шестой вход) устройства 6 блокировки рулей. В блоке 5 формирователь управляющего сигнала по данным: принятому из блока 4 значению минимальной скорости V_min и принятому из блока 8 значению текущей скорости V, производит вычисление сигнала управления автоматом тяги в виде стабилизации заданной скорости, равной минимально возможной на данном режиме движения, принятой из блока 4:

U1=r1·(V_зад-V),

где r1 - коэффициент, зависящий от режима движения по данным блока 8 комплексирования, заданное значение скорости V_зад равно минимально возможному значению скорости V_min, принятому из блока 4.

Сигнал управления U1 поступает на сумматор, где происходит суммирование данного сигнала с инвертируемым сигналом регулятора тяги 19 системы управления 1. По команде «Запрет», поступаемой на управляющий вход управляемого ключа, управляемый ключ замыкает цепь: сумматор-выход блока 5, и сигнал с сумматора поступает на второй вход сервопривода автомата тяги. Таким образом, в сервоприводе автомата тяги происходит одновременно компенсация сигнала, поступающего на первый вход от регулятора тяги, и управление тягой двигателя осуществляется по сигналу от формирователя управляющего сигнала U1. Автомат тяги перекрывает доступ топлива в двигатель, тяга двигателя уменьшается, уменьшается и скорость движения объекта до заданного значения. При снятии команды «Запрет» управляемый ключ размыкает цепь: сумматор-выход блока 5 и автомат тяги переходит на регулирование тягой двигателя по сигналам от системы управления 1.

В блоке 6 формирователь управляющего сигнала производит вычисление и формирование сигнала управления боковым движением объекта в виде стабилизации заданного угла рыскания:

где r2, r3 - коэффициенты, зависящие от данных режима движения, полученных из блока 8 комплексирования,

θ - угол наклона траектории в вертикальной плоскости, полученный из блока 8,

g - ускорение свободного падения,

k - коэффициент пропорциональности положительный, если угол А больше нуля, и отрицательный, если угол А меньше или равен нулю.

Данный сигнал управления U2 поступает на сумматор, где суммируется с инвертируемым сигналом устройства 21 управления боковым движением объекта из состава системы правления 1. По команде «Запрет», поступаемой из блока ближней зоны на управляющий вход управляемого ключа, ключ замыкает цепь: сумматор-выход блока 6, и сигнал с сумматора поступает на второй вход привода 3 органов управления боковым движением. Таким образом, в приводе 3 происходит одновременно компенсация сигнала, поступающего на первый вход от устройства 21 управления боковым движением объекта, и управление рулевыми органами осуществляется по сигналу от формирователя управляющего сигнала U2. Привод под действием данного сигнала принудительно отклоняет рулевые органы на максимально допустимый угол, объект отворачивает от границы. При получении команды «Откл1» с блока 9 относительных координат формирователь управляющего сигнала обнуляет сигнал запоминается сигнал далее происходит стабилизация объекта относительно запомненного значения. Рулевые органы под действием сигналов управления от устройства 6 блокировки рулей и устройства 21 управления боковым движением объекта системы управления устанавливаются в близкое к нулевому положению, и объект совершает прямолинейное движение, удаляясь от границы под заданным углом А1_зад. При выходе объекта за критическое расстояние (за ближнюю зону), когда текущая дальность L становится больше дальности ближней зоны L_бз, блок 10 ближней зоны снимает команду «Запрет». По снятию команды «Запрет» управляющий ключ в устройстве 6 блокировки рулей разрывает цепь сумматор-выход устройства 6 и управление рулевыми органами бокового движения происходит от системы ручного, полуавтоматического или автоматического управления. Далее экипаж, взяв управление на себя, удаляет объект от ближней зоны до тех пор, пока объект не выйдет за дальнюю зону и не снимется команда «Граница». В случае если была выработана команда «Запрет», команда «Граница» в блоке дальней зоны снимется только по условию, когда L станет больше L_дз. По снятию команды «Граница» прекращается выдача данных в систему сигнализации и индикации и звуковое устройство замолкает. Устройство автоматической блокировки выхода морских и воздушных подвижных объектов за границу зоны использования и блокирования входа их в запретные зоны переходит в дежурный режим.

В случае если в бортовую систему автоматической блокировки выхода воздушных и морских подвижных объектов за разрешенную зону и входа их в запретные зоны введены данные о Государственных границах (оператором дополнительно вводится признак Государственной границы), то по команде «Запрет», выдаваемой в непосредственной близости от Государственных границ, блок 8 комплексирования выдает в блок 12 фиксации сформированный признак команды «Запрет», время (год, число, месяц и время Московское) ее наличия и географические координаты объекта на момент появления команды «Запрет». Блок 12 фиксации координат имеет возможность хранить эти данные в течение длительного времени. Дополнительно, по команде «Запрет» управляемый ключ в устройстве 13 оповещения замыкает цепь: источник питания - устройство, излучающее в эфир радиосигнал «ЧП», и в эфир постоянно выдается радиосигнал «чрезвычайного происшествия» о попытке перехода Государственной границы, пока не снимется команда «Запрет».

В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующих предлагаемую конструкцию системы блокировки и устройства автоматического блокирования выхода летательных аппаратов, надводных и подводных кораблей, используемых внутри границ России или любого иного государства, за Государственную границу, а также блокирующего нежелательное пересечение ими границ других государств, не была обнаружена. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию охраноспособности "новизна".

Изобретение относится к системам сигнализации и управления и предназначено для автоматической блокировки выхода морских и воздушных подвижных объектов, применяемых во внутренних морских и воздушных пространствах, за разрешенную зону, а также блокирования входа их в запретные зоны. В качестве границы разрешенных и запретных зон могут быть и Государственные границы. Изобретением обеспечивается принудительный отворот объектов от границы разрешенной или запретной зоны с принудительным переводом работы двигательной установки на режим минимально допустимой тяги. Для этого в систему ручного, полуавтоматического или автоматического управления подвижных объектов введено устройство автоматической блокировки выхода морских и воздушных подвижных объектов за границу разрешенной зоны и блокирования входа их в запретные зоны, содержащее блок ограничений, устройство блокировки тяги, устройство блокировки рулей, инерциальную навигационную систему, спутниковую навигационную систему, блок комплексирования, блок относительных параметров, блок определения ближней зоны, блок фиксации координат, устройство оповещения, устройство формирования и ввода исходных данных, блок приема и хранения данных, блок определения координат границы, блок определения дальней зоны, систему сигнализации и индикации. Технический результат заключается в повышении надежности блокировки выхода подвижных объектов за разрешенную зону и входа их в запретные зоны. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство автоматической блокировки выхода воздушных и морских подвижных объектов за разрешенную зону и входа их в запретные зоны, содержащее систему управления объектом с датчиком топлива, регулятором тяги, выход которого соединен с первым входом сервопривода автомата тяги, и устройством управления боковым движением объекта, выход которого соединен с первым входом привода органов управления боковым движением объекта, последовательно соединенные инерциальную навигационную систему, блок комплексирования, блок относительных параметров и блок ближней зоны, последовательно соединенные устройство формирования и ввода исходных данных, блок приема и хранения исходных данных и блок определения координат границы, выход которого соединен со вторым входом блока относительных параметров, блок ограничений, устройство блокировки тяги, содержащее последовательно соединенные инвертор, сумматор, управляемый ключ, выход которого соединен со вторым входом сервопривода автомата тяги, и формирователь управляющего сигнала, выход которого соединен со вторым входом сумматора, управляющий вход ключа соединен с первым выходом блока ближней зоны, а второй вход формирователя управляющего сигнала соединен с третьим выходом блока комплексирования, вход инвертора соединен с выходом регулятора тяги, устройство блокировки рулей, содержащее последовательно соединенные инвертор, сумматор, управляемый ключ, выход которого соединен со вторым входом привода органов управления боковым движением объекта, и формирователь управляющего сигнала, выход которого соединен со вторым входом сумматора, управляющий вход ключа соединен с первым выходом блока ближней зоны, первый и второй входы формирователя управляющего сигнала соединены соответственно с третьим и вторым выходами блока комплексирования, третий и четвертый входы формирователя управляющего сигнала соответственно соединены с седьмым и первым выходами блока относительных параметров, вход инвертора соединен с выходом устройства управления боковым движением объекта, при этом первый вход блока ограничений соединен с выходом датчика топлива, второй и третий входы его соответственно соединены с третьим и первым выходами блока комплексирования, первый выход его соединен с первым входом формирователя управляющего сигнала устройства блокировки тяги и третьим входом блока ближней зоны, второй выход его соединен с первым входом блока ближней зоны и пятым входом формирователя управляющего сигнала устройства блокировки рулей, третий выход блока комплексирования соединен со вторым входом блока ближней зоны, первый выход блока ближней зоны соединен с третьими входами блока комплексирования и блока относительных параметров.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введена спутниковая навигационная система, выход которой соединен со вторым входом блока комплексирования, а вход ее соединен с шестым выходом блока комплексирования.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в него введена система предупреждения, состоящая из блока дальней зоны и системы сигнализации и индикации, при этом первый вход блока дальней зоны соединен со вторым выходом блока ограничений, второй его вход соединен с третьим выходом блока комплексирования, третий и четвертый его входы соответственно соединены с первым и вторым выходами блока ближней зоны, пятый и шестой его входы соответственно соединены со вторым и шестым выходами блока относительных параметров, выход блока дальней зоны соединен с четвертыми входами блока относительных параметров и системы сигнализации и индикации, первый, второй и третий входы системы сигнализации и индикации соответственно соединены с третьим, четвертым и пятым выходами блока относительных параметров.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в него введено устройство оповещения, содержащее последовательно соединенные источник питания, управляемый ключ, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока ближней зоны, и устройство, излучающее в эфир единый для данного государства радиосигнал «сигнал чрезвычайного происшествия» о попытке перехода Государственной границы.5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в него введен блок фиксации координат объекта, вход которого соединен с пятым выходом блока комплексирования.