СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МАЛОВЫСОТНЫМ ПОЛЕТОМ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ Российский патент 2024 года по МПК G05D1/00 G08G5/04 B64C19/00 B64D45/00 

Изобретение относится к области безопасности полетов и может быть использовано в бортовых системах обеспечения безопасности полета летательных аппаратов (ЛА) различного назначения для снижения потерь, связанных с воздействием источников и носителей опасности различной природы, включая источники целенаправленного характера воздействия на ЛА. Указанный способ управления ЛА в продольном канале управления может быть применим для маловысотного полета как пилотируемого, так и беспилотного ЛА.

Характерной особенностью применения ЛА двойного назначения является необходимость выполнения задач в сложной навигационной и тактической обстановке. При этом успешное выполнение задач по предназначению во многом определяется правильно выбранными приемами и способами действия авиации. Одним из наиболее эффективных приемов авиации для скрытого приближения к объекту является выполнение полета на малых и предельно малых высотах. Маловысотный полет относят к одному из сложных и наиболее аварийных этапов полета, сопровождающегося повышенной нагрузкой на систему «оператор - ЛА» (трудность ведения визуальной ориентировки, скоротечность полета, ограничение маневренных возможностей ЛА, воздействие знакопеременных перегрузок, жесткий лимит времени на принятие решение), что характеризуется сложностью принятия решения при возникновении особых ситуаций в полете. Возникновение особой ситуации связано не только с опасностью столкновения с земной поверхностью и искусственными препятствиями, неблагоприятными внешними воздействиями и ошибочными действиями операторов ЛА, но также и с воздействием внешних деструктивных факторов, ограничивающихсверху возможность выполнения безопасного маловысотного полета (см. Концепция безопасности полетов авиации вооруженных сил Российской Федерации. М.: МО РФ, 2017. 19 с). Это приводит к дефициту собственных защитных свойств эргатической системы «оператор - ЛА», что для этапа маловысотного полета носит критический характер и как следствие приводит к гибели этой системы. Поэтому необходимо предупредить развитие особой полетной ситуации, а при ее возникновении устранить таким наименее опасным способом, чтобы обеспечить успешное выполнение полетного задания.

Известен способ управления беспилотным ЛА для облета рельефа местности в вертикальной плоскости (см. пат.RU 2571845 С1, МПК В64С 19/00 (2006.01). Способ управления беспилотным летательным аппаратом для облета рельефа местности в вертикальной плоскости [Текст] / B.C. Верба, В.И. Меркулов, Д.Н. Сузанский, О.А. Иванова, В.Ю. Попов; заявитель и патентообладатель АО «Концерн радиостроения «Вега». №2014132571/11; заявл. 07.08.2014; опубл. 20.12.2015. Бюл. №35), предназначенный для траекторного управления аппаратами гражданского и двойного назначения при совершении маловысотных полетов в условиях сильнопересеченной местности. Недостатком является то, что при построении траекторного управления маловысотным полетом ЛА в вертикальной плоскости не учитывают находящиеся в пространстве выполнения полетного задания деструктивные факторы, которые в большей степени определяют необходимость такого вида полета и степень приближения траектории маловысотного полета к эквидистанте рельефа местности.

Известны способы управления ЛА, реализованные в системах предупреждения критических режимов полета (см. Авиационные приборы и системы / Г.И. Клюев, Н.Н. Макаров, В.М. Солдаткин. Учебное пособие. Ульяновск.: УлГТУ, 2000. С. 233-273), повышающие уровень безопасности полета путем предупреждения выхода пилотируемого ЛА за критические значения параметров полета. Недостатками таких способов является ихограниченность по функциональным возможностям, поскольку управляющие воздействия осуществляют только для предупреждения особых ситуаций и не реализуют при непосредственном их возникновении, а задача повышения безопасности полета решается без учета совокупности и взаимного влияния неблагоприятных внешних условий и источников опасности целенаправленного характера.

Известен способ управления ЛА с использованием бортовой комплексной системы обеспечения безопасности полета (см. Жмеренецкий В.Ф. Активное обеспечение безопасности полета летательного аппарата: методология, модели, алгоритмы / В.Ф. Жмеренецкий, К.Д. Полулях, О.Ф. Акбашев. М.: ЛЕНАНД, 2014. С. 154-206), основанный на определении вероятности гибели системы «оператор - ЛА» при выполнении полетного задания, выборе наименее опасного способа достижения цели по критерию наименее опасного маршрута полета. Недостатком указанного способа является низкая эффективность управления, обусловленная тем, что в моделях источников опасности целенаправленного характера рассматриваемый участок полета полностью находится в области действия рассматриваемого источника, а при определении частных показателей гибели используют обобщенные статистические показатели, не в полном объеме учитывающие характер и степень пересеченности рельефа местности, а также ограничения по пилотажным параметрам в зависимости от типа полезной нагрузки.

Наиболее близким по технической сущности является способ управления ЛА (Патент RU 2755554, МПК В64С 19/00; опубл. 17.09.2021, Бюл. №26.) принятый за прототип.

Способ-прототип основан на определении параметров вектора собственного состояния ЛА и внешней среды, анализе соответствия параметров органов управления вектору собственного состояния и режиму полета, определении вероятности выполнения боевой задачи и гибели системы «оператор - ЛА» с учетом ошибочных действий оператора, выборе эффективной траектории выполнения полетного задания, сравнении текущейтраектории с эффективной траекторией, определении рассогласования траектории и сравнении значений вероятности гибели Р_Г с вероятностями возникновения особых ситуаций в полете:

Р_Г>Р_АС - катастрофическая ситуация;

Р_АС≥Р_Г>Р_СС - аварийная ситуация;

Р_СС>Р_Г>P_УУП - сложная ситуация;

P_УУП≥Р_Г>P_НУП - усложнение условий полета,

где Р_АС - вероятность возникновения аварийной ситуаций, Р_СС - вероятность возникновения сложной ситуаций, Р_УУП - вероятность усложнения условий полета, Р_НУП - вероятность возникновения нормальных условий полета, и если выполняется условие Р_Г>Р_АС, то выдают сигнал на выполнение действий по спасению экипажа, а в остальных случаях формируют управляющие воздействия на исполнительные системы, обеспечивающие устранение особых ситуаций.

Недостатком данного способа является низкий уровень безопасности при выполнении полетов на малых и предельно малых высотах, в частности, при воздействии внешних деструктивных факторов в пространстве выполнения полетного задания, а также изменения параметров траекторного движения и маневренных характеристик ЛА.

Техническим результатом изобретения является повышение безопасности полета ЛА двойного назначения при выполнении маловысотных полетов, за счет обеспечения полета ЛА в коридоре безопасности маловысотного полета с учетом влияния внешних деструктивных факторов в пространстве выполнения полетного задания и характера изменения границ особых ситуаций при изменении параметров траекторного движения и маневренных характеристик ЛА.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе управления ЛА, основанном на определении параметров вектора собственного состояния ЛА и внешней среды, определении вероятности гибелиэргатической системы «оператор - ЛА», формировании управляющих воздействий на исполнительные системы ЛА, согласно изобретению, дополнительно в продольном канале управления определяют нижнюю границу опасности, определяют верхнюю границу опасности, определяют опорную траекторию маловысотного полета, формируют коридор безопасности маловысотного полета, определяют текущую и прогнозную нормированную ошибку выдерживания опорной траектории маловысотного полета и на ее основе с учетом параметров траекторного движения, маневренных характеристик ЛА и типа полезной нагрузки, определяют адаптивные границы особых полетных ситуаций для текущего и прогнозного момента времени, рассчитывают текущее и прогнозное значение количественной оценки вероятности гибели системы и сравнивают с характерными значениями вероятности гибели системы в маловысотном полете на границах особых ситуаций для сформированного коридора безопасности, выдают дополнительную инструментальную информацию на индикатор коридора безопасности маловысотного полета о текущем и прогнозном значении вероятности гибели системы, а при достижении прогнозного значения количественной оценки вероятности гибели системы в маловысотном полете критического уровня, соответствующего нижней и верхней границам опасности, формируют управляющие воздействия на исполнительные системы ЛА, обеспечивающие возврат на опорную траекторию маловысотного полета и устранение особых ситуаций.

Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно в продольном канале управления определяют нижнюю границу опасности, определяют верхнюю границу опасности, определяют опорную траекторию маловысотного полета, формируют коридор безопасности маловысотного полета, определяют текущую и прогнозную нормированную ошибку выдерживания опорной траектории маловысотного полета и на ее основе с учетом параметров траекторного движения, маневренных характеристик ЛА и типа полезной нагрузки, определяют адаптивные границы особых полетныхситуаций для текущего и прогнозного момента времени, рассчитывают текущее и прогнозное значение количественной оценки вероятности гибели системы и сравнивают с характерными значениями вероятности гибели системы в маловысотном полете на границах особых ситуаций для сформированного коридора безопасности, выдают дополнительную инструментальную информацию на индикатор коридора безопасности маловысотного полета о текущем и прогнозном значении вероятности гибели системы, а при достижении прогнозного значения количественной оценки вероятности гибели системы в маловысотном полете критического уровня, соответствующего нижней и верхней границам опасности, формируют управляющие воздействия на исполнительные системы ЛА, обеспечивающие возврат на опорную траекторию маловысотного полета и устранение особых ситуаций.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где схематично представлен маловысотный полет. На фиг. 1. обозначено: 1 - верхняя граница опасности, 2 - адаптивные границы особых ситуаций, 3 - ЛА, 4 - подстилающая поверхность (рельеф местности), 5 - опорная траектория маловысотного полета, 6 - нижняя граница опасности, 7 - коридор безопасности маловысотного полета.

Из фиг. 1 видно, что ЛА для совершения безаварийного маловысотного полета должен находиться в коридоре безопасности маловысотного полета 7, границы которого определяются близостью рельефа местности снизу и влиянием деструктивных факторов внешней среды, ограничивающих область безопасного полета сверху. В качестве источников деструктивных факторов можно рассмотреть, например, различные наземные системы и комплексы радиотехнической разведки, радиолокационные станции обнаружения и подавления и т.д. (см. Радиолокационные системы: под общ. ред. В.П. Бердышева. Красноярск: СФУ, 2012. С. 29-61 или Основы построения радиолокационных станций радиотехнических войск: учебник / В.Н. Тяпкин, А.Н. Фомин, Е.Н. Гарин [и др.]; под общ. ред. В.Н. Тяпкина. 2-е изд, перераб. Красноярск: Сиб. федер. ун-т.2016. С. 27-44),образующие радиолокационное поле в зоне выполнения полетного задания. Существующие в настоящее время способы управления маловысотным полетом, для повышения его эффективности, предполагают строгое выполнение полета на заданной высоте, как можно ближе к эквидистанте рельефа местности, что повышает вероятность гибели системы «оператор - ЛА». Предлагаемый способ, расширяет границы маловысотного полета, при этом оператору нет необходимости в строгом выдерживании опорной траектории маловысотного полета 5, что дает возможность свободного маневрирования в вертикальной плоскости в пределах адаптивных границ 2, отражающих градацию вероятности гибели системы «оператор - ЛА» в соответствии с особыми полетными ситуациями (см. Авиация: Энциклопедия. М: Большая Российская Энциклопедия. Гл. ред. Свищев Г.П. 1994.736 с). При этом минимальная вероятность гибели системы для предложенного коридора безопасности 7 достигается при выполнении полета в окрестности опорной траектории 5, что соответствует нормальным условиям полета. По мере приближения к границам коридора безопасности, в зависимости от параметров собственного состояния ЛА, внешней среды и их изменения, происходит перестроение границ особых ситуаций 2 и при достижении ЛА одной из этих границ формируются управляющие воздействия обеспечивающие устранение особой ситуации. Дополнительную инструментальную информацию о текущем и прогнозном уровне вероятности гибели системы выдают на всем протяжении этапа маловысотного полета, например, на индикатор коридора безопасности, выполненного в виде мнемокадра, индицирующего коридор безопасности и положение ЛА на средствах отображения информации (см. Патент RU 2408938 С1 МПК G09G 1/00 G05B 15/00 Система управления и индикации летательного аппарата. Опубл. 10.01.2011), что позволяет повысить ситуационную осведомленность и обеспечить своевременное включение оператора в контур управления.

Этим достигается указанный в изобретении технический результат.

Определение нижней границы опасности может быть выполнено, например, путем формирования псевдорельефа по цифровой карте рельефа местности в вертикальной плоскости выполнения полетного задания, проходящей вдоль линии текущего пути ЛА, учитывающего погрешности навигационной системы, радиовысотомера, системы управления ЛА, ошибки картографирования и ветровые возмущения, например, формирование псевдорельефа в вертикальном контуре маловысотного полета где Y_L - нижняя граница опасности (псевдорельеф), Y_R - высота рельефа по цифровой карте, Y_min - минимально допустимая высота полета; К_C - коэффициент, зависящий от требований к вероятности столкновения с землей, σ_n - погрешность навигационной системы; σ_rv - погрешность радиовысотомера; σ_k - погрешность картографирования по высоте; σ_u - погрешность управления по высоте; σ_w - ветровые возмущения (см. Сазонова Т.В., Шелагурова М.С. Геоинформация в комплексах бортового оборудования летательных аппаратов / под ред. док. тех. наук Г.И. Джангджавы М.: «Научтехлитиздат», 2018. С.96-98. или Эргатические интегрированные комплексы летательных аппаратов / под ред. М.М. Сильвестрова. М.: Филиал Воениздата, 2007. С. 107-120).

Определение верхней границы опасности может быть выполнено на основе известных координат и технических характеристик источников внешних деструктивных факторов. Например, для этого в зоне выполнения полетного задания формируют области пространства, выход в которые приводит к обнаружению или гибели ЛА. Формирование данных областей может быть выполнено в виде аппроксимаций нижних границ радиолокационных полей указанных источников деструктивных факторов поверхностями k-го порядка, где k: - порядок поверхности аппроксимации (см. Основы построения радиолокационных станций радиотехнических войск: учебник / В.Н. Тяпкин, А.Н. Фомин, Е.Н. Гарин [и др.]; под общ. ред. B. Н. Тяпкина. 2-е изд, перераб. Красноярск: Сиб. федер. ун-т.2016. С. 536; Ермак С.Н. Тактика радиотехнических войск. Минск: БГУИР, 2010. C. 107-116, 142-167). Далее определяют отклонения линии текущего пути от центров сформированных областей и проверяют условие где - линейное отклонения линии текущего пути от i-го центра области пространства аппроксимации радиолокационного поля источника деструктивных факторов, R_i - максимальная дальность действия i-го источника деструктивных факторов, n - количество источников деструктивных факторов в зоне выполнения полетного задания, для m≤n областей пространства, удовлетворяющих этому условию, выполняют сечение этих m областей вертикальной плоскостью, образованной линией текущего пути и получают m кривых второго порядка, представляющих собой лини высот, формируют суммарную верхнюю границу опасности из условия минимума высот, полученных в m сечениях вертикальной плоскостью сформированных областей пространства, находящихся в зоне выполнения полетного задания по линии текущего пути с учетом их расположения и взаимного перекрытия, например, по выражению где Y_H - суммарная верхняя граница опасности, линия высот полученная в сечении j-й области пространства аппроксимации радиолокационного поля источников деструктивных факторов. При отсутствии в пространстве выполнения полетного задания источников деструктивных факторов или при невыполнении условия верхнюю границу опасности определяют как верхнюю границу, определенную руководящими документами для выполнения маловысотных полетов конкретным типом ЛА или же установленную полетным заданием (см. Федеральные авиационные правила производства полетов государственной авиации: утв. приказом МО РФ от 24 сентября 2004 г. N 275 М.: МО РФ, 2004. п. 437-439).

Опорная траектория маловысотного полета в каждый момент времени может быть определена, как среднее значение высоты полета относительно верхней и нижней границ опасности.

Коридор безопасности маловысотного полета может быть сформирован как область пространства в вертикальной плоскости выполнения полетного задания, образованная линией текущего пути, содержащая опорную траекторию маловысотного полета и ограниченной сверху - верхней границей опасности, отражающей критическое значение вероятности гибели системы от воздействия внешних деструктивных факторов и снизу - нижней границей опасности, отражающей критическое значение параметра, превышение которого приводит к возникновению аварийной или катастрофической ситуации из-за столкновения с рельефом местности.

Нормированная ошибка выдерживания опорной траектории маловысотного полета может быть определена, например, как нормированное значение текущего отклонения ЛА от опорной траектории в коридоре безопасности согласно выражению Δ_Y=(Y₀-Y)/(Y₀-Y_L), где

Δ_Y - ошибка выдерживания опорной траектории; Y₀ - опорная траектория, Y- текущая высота полета, Y_L - нижняя или верхняя граница опасности.

Прогнозное значение нормированной ошибки выдерживания опорной траектории может быть определено аналогично при условии неизменности текущего управления ЛА на интервале прогнозирования.

Адаптивные границы особых полетных ситуаций могут быть определены основе характерных значений ошибки выдерживания опорной траектории маловысотного полета на границах особых ситуаций, которые для каждой особой ситуации могут быть представлены, например: для катастрофической ситуации ΔY≥ΔY ^КС, где ΔY - текущее отклонение от опорной траектории, ΔY^КС - ошибка выдерживания опорной траектории, соответствующая катастрофической ситуации; для аварийной ситуации ΔY^АС≤ΔY<ΔY^KC, где ΔY^АС - ошибка выдерживания опорной траектории, соответствующая аварийной ситуации; для сложной ситуации ΔY^СС≤ΔY<ΔY^AC, где ΔY^СС - ошибка выдерживания опорной траектории, соответствующая сложной ситуации; для усложнения условий полета ΔY^УУП≤ΔY<ΔY^CC, где ΔY^УУП - ошибка выдерживания опорной траектории, соответствующая усложнению условий полета; для нормальных условий полета ΔY<ΔY^УУП (см. Кузнецов О.И., Солдаткин В.М. Построение и использование информативных функций опасности в каналах системы предотвращения критических режимов вертолета // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2014. №4 (306). С. 123-132 или Солдаткин В.М. Методы и средства построения бортовых информационно-управляющих систем обеспечения безопасности полета / В.М. Солдаткин. Казань: Изд. Казанского ГТУ, 2004. С. 57-61). Адаптивность границ особых полетных ситуаций достигается за счет комплексного учета изменения границ коридора безопасности, текущего положения ЛА в коридоре безопасности, а также приращения высоты полета для этапов вывода из пикирования и кабрирования с учетом максимально допустимых перегрузок, скорости полета, угла наклона траектории, изменения полезной нагрузки в полете и может быть представлена, например, зависимостью

где ΔYⁱ - граница i-й особой ситуации; ΔY^КС - ошибка выдерживания опорной траектории соответствующая катастрофической ситуации соответствующая верхней или нижней границе опасности; Кⁱ - нормирующий множитель, устанавливающий знак и норму отклонения от границ коридора безопасности, обусловленный физической сущностью процесса формирования границ особых ситуаций, для области выше опорной траектории он положительный, для области ни же опорной траектории - отрицательный; Δ_Y - нормированная ошибка выдерживания опорной траектории; ΔY_j - приращение высоты полета при выводе самолета из j-го вертикального маневра (пикирования или кабрирования); n_ymin,n_ymaх - минимально и максимально допустимая нормальная перегрузка; угол наклона траектории в точке начала вывода из маневра; V-скорость; g - ускорение свободного падения; σ_п - погрешность навигационной системы; σ_rv - погрешность радиовысотомера; σ_k - погрешность картографирования по высоте; σ_u - погрешность управления по высоте; σ_w - ветровые возмущения. Прогнозное значение адаптивных границ особых полетных ситуации может быть определено аналогично при условии неизменности текущего управления ЛА на интервале прогнозирования.

Текущее значение количественной оценки вероятности гибели системы в маловысотном полете может быть представлено в виде функции, общий вид которой, например, представлен выражением где Q_MVP - текущее значение количественной оценки вероятности гибели системы в маловысотном полете; Q₀ - минимальное значение вероятности гибели системы в маловысотном полете; Q_L - значение вероятности гибели системы, соответствующее нижней границе, Q_H - значение вероятности гибели системы, соответствующее верхней границе; Y_L - текущая высота нижней границы опасности, Y_H- текущая высота верхней границы опасности; Y - текущая высота полета; Y₀ - текущая высота опорной траектории; ΔY - отклонение текущей высоты полета от опорной траектории, t - время, (см. Солдаткин В.М. Методы и средства построения бортовых информационно-управляющих систем обеспечения безопасности полета / В.М. Солдаткин. Казань: Изд. Казанского ГТУ, 2004. С. 73-75). Прогнозное значение опасности полетной ситуации определяется с учетом динамики изменения границ коридора безопасности, опорной траектории полета, адаптивных границ особых ситуаций при условии неизменности текущего управления на дальности прогнозирования. При этом прогнозное значение вероятности гибели системы в маловысотном полете определяется временем прогнозирования, складывающегося из времени восприятия информации и формирования соответствующей реакции летчиком, а также запаздывания системы управления ЛА и может быть представлено, например, выражением: где Δt - время прогнозирования (см. Макаров Н.Н. Системы обеспечения безопасности функционирования бортового эргатического комплекса: теория, проектирование, применение. М: Машиностроение / Машиностроение-Полет, 2009. С. 350-398).

Сравнение текущего и прогнозного значения количественной оценки вероятности гибели системы в маловысотном полете с характерными значениями вероятности гибели системы на границах особых ситуаций может быть выполнено путем последовательного их сравнения с заданными значениями вероятностей катастрофической аварийной ситуации сложной ситуации усложнения условий полета и нормальных условий полета определяемых в соответствии с требованиями безопасности полетов и нормами летной годности для различных типов ЛА, например, в соответствии со следующими выражениями для для (см. Авиационные правила. Ч. 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории. М.: Изд. Международного авиационного комитета, 1994. 321 с. Раздел 3. Вероятности возникновения особых ситуаций).

Способ управления маловысотным полетом ЛА в вертикальной плоскости может быть представлен в виде алгоритма, блок-схема которого представлена на фиг. 2, где обозначено: 1 - блок верхней границы опасности №2; 2 - блок адаптивных границ; 5 - блок определения опорной траектории маловысотного полета; 6 - блок нижней границы опасности; 7 - блок формирования коридора безопасности маловысотного полета; 8 - начало; 9 - датчики определения параметров собственного состояния ЛА; 10 - блок полетного задания; 11 - блок режимов полета; 12 - блок исходных данных; 13 - датчики определения параметров внешней среды; 14 - датчики параметров органов управления; 15 - блок пространства выполнения полетного задания; 16 - блок аппроксимации; 17 - блок определения вертикальной плоскости выполнения полетного задания; 18 - блок отклонений; 19 - блок проверки условия 20 - блок вертикальных сечений; 21 - блок верхней границы опасности №1; 22 - блок определения нормированной ошибки; 23 - блок оценки вероятности гибели; 24 - блок проверки особых ситуаций; 25 - блок проверки условия 26 - блок проверки условия 27 - блок проверки условия 28 - блок проверки условия 29 - блок формирования управляющих воздействий по спасению экипажа; 30 - блок формирования управляющих воздействий по устранению аварийной ситуации; 31 - блок формирования управляющих воздействий по устранению сложной ситуации; 32 - блок формирования управляющих воздействий по устранению усложнений условий полета; 33 - блок индикации; 34 - блок контроля; 35 -конец работы.

Блок 1 верхней границы опасности №2 предназначен для расчета верхней границы опасности как линии высот, полученной из условия минимума всех возможных кривых, сформированных в блоке 20 с учетом их расположения и взаимного перекрытия, например, по выражению где Y_H - суммарная верхняя граница опасности, Y_Hj - линия высот полученная сечении j-й области пространства аппроксимации.

Блок адаптивных границ 2 предназначен для расчета адаптивных границ особых полетных ситуаций в коридоре безопасности маловысотного полета с учетом изменения верхней и нижней границ опасности, текущего положения ЛА в коридоре безопасности, а также приращения высоты полета для этаповвывода из пикирования и кабрирования при маневрировании в вертикальной плоскости с учетом максимально допустимых перегрузок, скорости полета и угла наклона траектории.

Назначение блоков: определения опорной траектории маловысотного полета 5, формирования коридора безопасности маловысотного полета 7; определения нормированной ошибки 24 ясно из их названия.

Блок нижней границы опасности 6 предназначен для построения нижней границы опасности коридора безопасности маловысотного полета на основе данных о подстилающей поверхности и искусственном объектовом составе, полученных из цифровой карты рельефа местности (см. SRTM [Электронный ресурс]. URL: http://wiki.risk.ru/index.php/SRTM. (дата обращения: 01.09.2023).) а также параметров и ошибок датчиков первичной информации и навигационной системы (см Галушка С.А., Лазорак А.В. Датчики-корректоры прицельно-навигационных систем современных авиационных комплексов // Актуальные вопросы исследований в авионике: теория, обслуживание, разработки: Сб. науч. ст.по материалам докл. VII Международной НПК «АВИАТОР». Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2020. С. 310-314.).

Блоки 10,11 могут быть выполнены, например, в виде бортового сервера данных с применением концепции интегрированной модульной авионики (см. Бортовой сервер данных (БСД) - ПАО «СЭЗ им. Серго Орджоникидзе» [электронный ресурс]: https:// zaprib.ru/catalog/razrabotki/aviacionnaya-tehnika-2/bortovoj-server-dannyh-bsd. Дата обращения: 25.07.2023. или Титов А.Г. Разработка архитектуры бортового сервера данных для применения в составе комплекса радиоэлектронного оборудования с применением концепции интегрированной модульной авионики. А.Г. Титов и др.. // Труды МАИ. Выпуск №105 [электронный ресурс]:https://mai.ru/go2?url=upload/iblock/680/Titov_Neretin_Dudkin_Brusnikin_rus.pdf&ref. Дата обращения: 25.07.2023.).

Блок режимов полета 11 предназначен для хранения и выдачи в блок 12 номинальных, допустимых, предельных и критических значений параметрови их допусков, соответствующих режиму маловысотного полета, а также формирования и выдачи в блок 34 признака выполнения маловысотного полета для старта работы алгоритма, реализующего указанный способ.

Блоки 12, 15…34 могут быть выполнены, например, на платформе интегрированной модульной авионики (см. Платформа интегрированной модульной авионики. Патент RU №2413280 С1 / Егоров К.А. и др. Бюл. №6, 27.02.2011 или Федосов Е.А., Косьянчук В.В., Сельвесюк Н.И. Интегрированная модульная авионика//Радиоэлектронные технологии 2015. №1. С.66-71. URL: https://gosniias.rU/pages/d/ret-01-2015_l.pdf. Дата обращения: 25.07.2023).

Блок исходных данных 12 предназначен для обобщения и выдачи в блок 15 необходимой исходной и оперативной информации от различных датчиков и систем ЛА, предварительно сформированных данных о маршруте и профиле полета, данных внешней обстановки, сведений о текущем местоположении ЛА и пилотажных параметрах, а также данных цифровой карты рельефа местности.

Блок пространства выполнения полетного задания 15 предназначен для формирования единого информационно-моделирующего пространства описывающего текущее состояние и изменение объекта управления и внешней среды, включая условия и границы пространства решения полетного задания, целей управления и источников деструктивных факторов в единой системе координат (см. Концепция безопасности полетов авиации вооруженных сил Российской Федерации. М: МО РФ, 2017.19 с).

Блок аппроксимации 16 предназначен для формирования по известным координатам и характеристикам на цифровой карте рельефа местности области пространства аппроксимации радиолокационного поля источников деструктивных факторов поверхностями k-го порядка с учетом их взаимного перекрытия, расположения этих областей и ЛА.

Блок 17 предназначен для постоянного формирования и последующей выдачи в блоки 6,18 вертикальной плоскости выполнения полетного задания, проходящей вдоль линии текущего пути при изменении параметров траекторного движения ЛА в горизонтальной плоскости.

Блок отклонений 18 предназначен для определения линейных отклонений линии текущего пути от центров областей пространства аппроксимации радиолокационного поля, находящихся в пространстве выполнения полетного задания и последующей выдачи расчетных данных в блок 19.

Блок проверки условия 19 предназначен для определения областей пространства аппроксимации радиолокационного поля участвующих в построении верхней границы опасности, путем проверки условия - линейное отклонения линии текущего пути от i-го центра области пространства аппроксимации радиолокационного поля источников опасности деструктивных факторов, R_i - максимальная дальность обнаружения i-го источника деструктивных факторов, n - количество источников деструктивных факторов в зоне выполнения полетного задания.

Блок вертикальных сечений 20 предназначен для расчета фигур, полученных в сечениях областей пространства аппроксимации плоскостью, образованной линией текущего пути.

Блок 21 верхней границы опасности №1 предназначен для расчета верхней границы опасности при отсутствии источников деструктивных факторов в пространстве выполнения полетного задания, определенной руководящими документами для выполнения маловысотных полетов конкретным типом ЛА или же установленную полетным заданием (см. Федеральные авиационные правила производства полетов государственной авиации: утв. приказом МО РФ от 24 сентября 2004 г. N 275 М.: МО РФ, 2004. 200 с. или см. Федеральные авиационные правила подготовки и выполнения полетов гражданской авиации Российской Федерации: утв. приказом Минтранса РФ от 17.07. 2008 г. N 108 п. 5.6).

Блок оценки вероятности гибели 23 предназначен для расчета текущего и прогнозного значения количественной оценки вероятности гибели системыв предложенном коридоре безопасности и выдачи данных оценок в блок 24 проверки особых ситуаций.

Блок проверки условия 25 предназначен для определения

катастрофической ситуации и выдачи сигнала на выполнение действий по спасению экипажа.

Блок проверки условия 26 предназначен для определения аварийной ситуации и выдачи сигнала на формирование управляющих воздействий по устранению аварийной ситуации.

Блок проверки условия 27 предназначен для определения сложной ситуации и выдачи сигнала на формирование управляющих воздействий по устранению сложной ситуации.

Блок проверки условия 28 предназначен для определения усложнения условий полета и выдачи сигнала на формирование управляющих воздействий по устранению ситуации, вызванной усложнением условий полета.

Блоки 29, 30, 31, 32 предназначены для формирования управляющих воздействий на исполнительные системы ЛА с целью устранения особых ситуаций, например, при возникновении катастрофической ситуации выдают звуковую и световую сигнализацию, речевое предупреждение экипажу о катастрофической ситуации, приводят в действие систему аварийного покидания самолета, выдают тревожное сообщение на командный пункт через бортовую радиостанцию. При возникновении аварийной ситуации выполняют индикацию (для этого выдают дополнительную инструментальную информацию на индикатор коридора безопасности маловысотного полета о текущем и прогнозном значении вероятности неблагоприятного исхода маловысотного полета и степени приближения к границам коридора безопасности), звуковую и световую сигнализацию, речевое предупреждение экипажа об аварийной ситуации, обеспечивают своевременное включение экипажа или средств автоматики в контур управления (см. Макаров Н.Н. Системы обеспечения безопасности функционирования бортового эргатического комплекса: теория, проектирование, применение. М: Машиностроение / Машиностроение-Полет, 2009. 760 с), по выводу ЛА из опасной зоны путем возврата на опорную траекторию маловысотного полета или в область нормальных условий полета для сформированного коридора безопасности.

Блок индикации 33 предназначен для выдачи в нормальных условиях полета дополнительной инструментальной информации на индикатор коридора безопасности бортовой системы отображения информации (см. ГОСТ 22686-85 Средства отображения информации экипажу самолета и вертолета. Термины и определения. Введ. 01.07.1986. М.: Издательство стандартов, 1977. 17 с. ) о текущем и прогнозном значении вероятности гибели системы в маловысотном полете в коридоре безопасности.

Блок контроля 34 предназначен для проверки наличия признака выполнения маловысотного полета, обеспечивающего циклическую работу алгоритма, реализующего указанный способ.

Работа представленной блок-схемы алгоритма заключается в следующем. На вход блока исходных данных 12 непрерывно поступает информация о текущем положении ЛА в пространстве выполнения полетного задания (с датчиков определения параметров собственного состояния ЛА 9) о цели полетного задания, источниках и носителях опасности, их местоположении и характеристиках (с блока полетного задания 10), о номинальных, допустимых, предельных и критических значениях пилотажных параметров и их допусков, наличии признака выполнения маловысотного полета (с блока режимов полета 11), о параметрах внешней среды (с датчиков определения параметров внешней среды 13), о текущем положении органов управления ЛА (с датчиков параметров органов управления. Из блока исходных данных полученную информацию передают в блок 15, где в единой системе координат с использованием цифровой карты рельефа местности формируют пространство выполнения полетного задания, отражающее взаимное расположение ЛА и источников деструктивных факторов. Из блока пространства выполнения полетного задания 15 по первому каналу передают полученную информацию в блок 16, в котором выполняют аппроксимацию поверхностями второго порядка областей пространства характеризующих радиолокационное поле источников деструктивных факторов, а по второму каналу в блок 17, где определяют вертикальную плоскость выполнения полетного задания. Полученную информацию передают в блоки 6 и 18, где выполняют параллельные действия по определению нижней границы опасности (в блоке 6) и определению линейных отклонений линии текущего пути от центров областей пространства аппроксимации радиолокационного поля источников деструктивных факторов (в блоке 18), после чего выдают расчетные данные в блок 19. В блоке 19 выполняют определение областей пространства аппроксимации радиолокационного поля, участвующих в построении верхней границы опасности путем проверки условия - линейное отклонения линии текущего пути от i-го центра области пространства аппроксимации радиолокационного поля источников деструктивных факторов, R_i - максимальная дальность обнаружения i-го источника источников деструктивных факторов, n - количество источников деструктивных факторов в зоне выполнения полетного задания и, если условие не выполняется, то в блоке 21 формируют верхнюю границу опасности в соответствии с требованиями руководящих документов для выполнения маловысотных полетов или же установленную, исходя из условий выполнения полета, которые определяют при подготовке к выполнению полетного задания и выдают полученную информацию в блок 5. В противном случае, при выполнении условия в блоке 20 рассчитывают фигуры путем сечения вертикальной плоскостью областей пространства аппроксимации радиолокационного поля источников опасности целенаправленного характера. Далее в блоке 1 рассчитывают верхнююграницу опасности из условия минимума всех возможных кривых, полученных в блоке 20, по выражению где Y_H - суммарная верхняя граница опасности, - линия высот полученная сечении j-й области пространства аппроксимации радиолокационного поля источников опасности целенаправленного характера и выдают в блок 5. В блоке 5 рассчитывают опорную траекторию маловысотного полета и выдают в блок 7, в котором формируют коридор безопасности маловысотного полета. Далее в блоке 22 на основе информации, поступившей из блока формирования коридора безопасности маловысотного полета 7, рассчитывают текущее и прогнозное значения нормированной ошибки выдерживания опорной траектории маловысотного полета и выдают полученные значения в блок 2. На основе рассчитанных ошибок в блоке 22, а также приращения высоты полета рассчитываемой за вывод из горизонтального маневра (пикирования или кабрирования) (см. Аэродинамика самолета. Под. ред. Г.Н. Котельникова. М.: Военное издательство, 1986. С 235-240) с учетом максимально допустимых перегрузок, скорости полета и угла наклона траектории рассчитывают текущие и прогнозные адаптивные границы особых полетных ситуаций (усложнения условий полета, катастрофической, аварийной и сложной ситуаций). Далее в блоке 21 на основе расчетных данных блока 2 и текущего положения ЛА в коридоре безопасности определяют текущее и прогнозное значение количественной оценки вероятности гибели системы в маловысотном полете. Информация полученная из блока 21 поступает на вход блока 22 проверки особых ситуаций, где последовательно выполняют проверку условий: в блоке 23 выполняют проверку условие и если выполняется условие, то ситуация соответствует катастрофической и выдают сигнал в блок 27, в котором формируют управляющие воздействия по спасению экипажа на исполнительные системы ЛА; если условие не выполняется, то в блоке 24 выполняют проверку условия и если выполняется условие, то ситуация соответствует аварийной и выдаютсигнал в блок 28, в котором формируют управляющие воздействия по устранению аварийной ситуации на исполнительные системы ЛА; если условие не выполняется, то в блоке 25 выполняют проверку условия и если выполняется условие, то ситуация соответствует сложной и выдают сигнал в блок 29, в котором формируют управляющие воздействия по устранению сложной ситуации на исполнительные системы ЛА; если условие не выполняется, то в блоке 26 выполняют проверку условия и если выполняется условие, то ситуация соответствует усложнению условий полета и выдают сигнал в блок 24, в котором формируют управляющие воздействия на исполнительные системы ЛА по устранению усложнения условий полета, если условие не выполняется, то ситуация соответствует нормальным условиям полета и в блоке 31 формируют только сигнал выдачи дополнительной инструментальной информации на индикатор системы отображения информации о текущем и прогнозном положении ЛА в коридоре безопасности и то маловысотный полет продолжается в штатном режиме. После чего в блоке 32 проверяют наличие признака маловысотного полета и если признак присутствует, то выполняют следующий цикл работы алгоритма, в противном случае работа закончена, а в систему «оператор - ЛА» выдается сигнал об изменении режима полета.

Изобретение относится к способу управления маловысотным полетом летательного аппарата в вертикальной плоскости. Для управления маловысотным полетом определяют параметры вектора собственного состояния летательного аппарата и внешней среды, вероятность гибели эргатической системы «оператор - летательный аппарат», формируют управляющие воздействия на исполнительные системы летательного аппарата, определяют нижнюю и верхнюю границы опасности, определяют опорную траекторию и формируют коридор безопасности маловысотного полета, определяют текущую и прогнозную нормированную ошибку выдерживания опорной траектории и адаптивные границы особых полетных ситуаций, рассчитывают текущее и прогнозное значение количественной оценки вероятности гибели системы и сравнивают их со значениями на границах особых ситуаций для сформированного коридора безопасности, выдают информацию на индикатор коридора безопасности, формируют управляющие воздействия на исполнительные системы летательного аппарата для возврата на опорную траекторию и устранения особых ситуаций. Обеспечивается повышение безопасности полета ЛА при выполнении маловысотных полетов. 2 ил.

Способ управления маловысотным полетом летательного аппарата в вертикальной плоскости, основанный на определении параметров вектора собственного состояния летательного аппарата и внешней среды, определении вероятности гибели эргатической системы «оператор - летательный аппарат», формировании управляющих воздействий на исполнительные системы летательного аппарата, отличающийся тем, что дополнительно в продольном канале управления определяют нижнюю границу опасности, определяют верхнюю границу опасности, определяют опорную траекторию маловысотного полета, формируют коридор безопасности маловысотного полета, определяют текущую и прогнозную нормированную ошибку выдерживания опорной траектории маловысотного полета и на ее основе с учетом параметров траекторного движения, маневренных характеристик летательного аппарата и типа полезной нагрузки определяют адаптивные границы особых полетных ситуаций для текущего и прогнозного момента времени, рассчитывают текущее и прогнозное значение количественной оценки вероятности гибели системы и сравнивают с характерными значениями вероятности гибели системы в маловысотном полете на границах особых ситуаций для сформированного коридора безопасности, выдают дополнительную инструментальную информацию на индикатор коридора безопасности маловысотного полета о текущем и прогнозном значении вероятности гибели системы, а при достижении прогнозного значения количественной оценки вероятности гибели системы в маловысотном полете критического уровня, соответствующего нижней и верхней границам опасности, формируют управляющие воздействия на исполнительные системы летательного аппарата, обеспечивающие возврат на опорную траекторию маловысотного полета и устранение особых ситуаций.