Изобретение относится к авиационной технике, к устройствам коррекции, применяемым при эксплуатации магистральных самолетов и вертолетов на воздушных авиатрассах СССР и за рубежом.
Известен широко эксплуатирующийся в настоящее время на самолетах и вертолетах электромеханический барометрический высотомер, устройство коррекции которого выполнено в виде рукоятки для ручной коррекции относительной высоты полета.
Известен также радиолокационный высотомер с барометрическим индикатором высоты, содержащий электромеханический барометрический высотомер, дистанционную следящую передачу и устройство коррекции, состоящее из ограничителя и блока ручного ввода информации высоты аэродрома.
Известные авиационные высотомеры имеют существенный недостаток: необходимость неоднократных, в продолжении одного полета, точных корректировок выходной информации, по которой осуществляется пилотирование самолета - устранение методической погрешности, обусловленной изменением климатических условий (различного атмосферного давления в месте взлета/посадки и на трассе полета).
В настоящее время коррекция выходной информации бортовых барометрических высотомеров на всех типах самолетов и вертолетов, выполняется вручную. Для этого экипаж в полете с помощью радиотелефонной связи получает от диспетчера управления воздушным движением (УВД) информацию в устной форме: о высоте перехода, эшелоне перехода, атмосферном давлении на аэродроме посадки. Указанная информация является исключительно важной и прямо влияет на безопасность полетов в зоне аэродрома, особенно в сложных метеорологических условиях, так как непосредственно используется при пилотировании. Ошибка в выставке (коррекции) стандартного атмосферного давления при полетах на авиатрассах значительно повышает вероятность столкновения самолетов.
В контуре управления: земля (УВД)-самолет, последовательно по каналу радиообмена включены минимум два человека, диспетчер УВД и пилот, и их психофизиологическое и эмоциональное состояние, речевые и слуховые особенности непосредственно влияют на достоверность выходной информации.
При выполнении международных полетов советскими самолетами возникают дополнительные трудности при коррекции бортовых высотомеров, связанные с различными применяемыми единицами измерения - бортовые высотомеры зарубежных самолетов отградуированы по шкале футов, на кратных мерах. При пересчете высоты из метрической шкалы высоты в шкалу футовую получаются иррациональные числа, затрудняющие расчет. Возникают неудобства также при переводе полученной информации на национальный язык экипажа и ее последующей обработке.
Целью изобретения является автоматизация коррекции выходной информации авиационных высотомеров.
Указанная цель достигается тем, что система коррекции выходной информации содержит электромеханический барометрический высотомер, преобразователь текущего значения высоты в кодовые импульсы, приемопередатчик с дешифратором, блок сигнализации, дистанционную следящую передачу, причем вход дешифратора соединен с выходом приемопередатчика, вход премопередатчика соединен с первым выходом преобразователя высоты, вход преобразователя высоты соединен с выходом высотомера, вход высотомера соединен с выходом следящей передачи, блок микропрограммного управления с регистрами, блок величины высоты коррекции, блок алгебраической суммы, блок алгебраической разности, вычислитель команд нижнего уровня, вычислитель команд верхнего уровня, блок преобразователей давления на аэродроме, блок преобразователей стандартного атмосферного давления, блок пусковых элементов давления на аэродроме, блок пусковых элементов стандартного атмосферного давления, причем первый выход дешифратора соединен с входом регистра высоты перехода, второй выход дешифратора соединен с входом регистра давления на аэродроме, выход блока величины высоты коррекции соединен с входом регистра высоты коррекции, выход регистра высоты перехода соединен с первым входом блока величины высоты коррекции, выход регистра промежуточной высоты соединен с вторым входом блока величины высоты коррекции, первый вход блока алгебраической суммы соединен с выходом регистра высоты коррекции, второй вход блока алгебраической суммы соединен с выходом регистра высоты отсчета, выход блока алгебраической суммы соединен с первым входом вычислителя команд верхнего уровня, первый вход блока алгебраической разности соединен с выходом регистра высоты коррекции, второй вход блока алгебраической разности соединен с выходом регистра высоты отсчета, выход блока алгебраической разности соединен с первым входом вычислителя команд нижнего уровня, второй вход вычислителя команд нижнего уровня соединен с вторым выходом преобразователя высоты, первый выход вычислителя команд нижнего уровня соединен с первым входом блока сигнализации, второй выход вычислителя команд нижнего уровня соединен с первым входом блока пусковых элементов давления на аэродроме, третий выход вычислителя команд нижнего уровня связан с вторым входом блока пусковых элементов давления на аэродроме, второй вход вычислителя команд верхнего уровня связан с вторым выходом преобразователя высоты, первый выход вычислителя команд верхнего уровня связан с вторым входом блока сигнализации, второй выход вычислителя команд верхнего уровня связан с первым входом блока пусковых элементов стандартного атмосферного давления, третий выход вычислителя команд верхнего уровня соединен с вторым входом блока пусковых элементов стандартного атмосферного давления, выход регистра стандартного атмосферного давления соединен через блок преобразователей стандартного атмосферного давления с третьим входом блока пусковых элементов стандартного атмосферного давления, выход регистра давления на аэродроме соединен через блок преобразователей давления на аэродроме с третьим входом блока пусковых элементов давления на аэродроме, выход блока пусковых элементов давления на аэродроме соединен с третьим входом блока сигнализации и с первым входом следящей передачи, выход блока пусковых элементов стандартного атмосферного давления соединен с вторым входом следящей передачи и четвертым входом блока сигнализации.
На фиг. 1 изображена схема системы коррекции; на фиг. 2 - схема "размещения" высот в воздушной зоне аэродрома, величины которых участвуют в формировании команд системы коррекции высоты.
В тексте описания и на чертежах приняты следующие условные обозначения:
Р0 - стандартное атмосферное давление, т. е. атмосферное давление у земли (на уровне моря), Р0 = 101325 Па = 1013,2 мбар = 760 мм рт. ст. = 0,0 м = 0,0 фут;
Р1 - давление на аэродроме (атмосферное давление на уровне взлетно-посадочной полосы в расчетном месте приземления, взлета);
Н1 - высота перехода (высота, установленная в районе аэродрома, на которой и ниже которой высота полета воздушного судна контролируется (измеряется) атмосферным давлением на аэродроме). Измеряется в метрах и футах;
Н2 - относительная высота (интервал высоты), отсчитанная от уровня высоты перехода (эта высота назначается не менее 100 м), эшелон перехода - высота, равная Н1 300 м - нижний эшелон, при пересечении которого бортовые барометрические высотомеры устанавливаются на атмосферное давление аэродрома;
Н3 - высота полета самолета текущая, измеряется в метрах и футах;
Н4 - высота промежуточная - операционная величина высоты, необходимая для промежуточных расчетов (Н4 = 
= 
= 150 м);
Н5 - высота коррекции - расчетная величина высоты, от уровня которой вычисляются команды коррекции системы (Н5 = Н1 + +Н4 = Н1 + 150 м);
Н6 - высота отсчета - операционная величина высоты для промежуточных расчетов, эта высота необходима для настройки устройства коррекции, она назначается, исходя из условий: оптимального срабатывания системы коррекции, величины вертикальной скорости (набора высоты, снижения) самолета, точности бортового электромеханического высотомера и других, в настоящем устройстве величина Н6 назначена 50 м;
Н7 - высота команды нижнего уровня - высота, ниже которой бортовые высотомеры приведены (скорректированы) к давлению на аэродроме;
Н8 - высота команды верхнего уровня - высота, выше которой бортовые высотомеры приведены (скорректированы) к стандартному атмосферному давлению.
Величины высот Н4, Н5, Н6, Н7, Н8 и Н9 могут быть также заданы и вычислены в футах.
Система коррекции выходной информации содержит электромеханический барометрический высотомер 1, который измеряет относительную высоту полета и выдает визуальную информацию пилотам, а также электрический сигнал, пропорциональный этой высоте. Для обеспечения правильных показаний в течение всего полета вход его соединен дистанционной следящей передачей 2 с устройством коррекции, а выход - с преобразователем текущего значения высоты в кодовые импульсы 3, например, двоично-десятичного кода. Выход преобразователя текущего значения высоты в кодовые импульсы 3 соединен с входом приемопередатчика 4 бортового ответчика вторичной радиолокационной станции, выход которого соединен с дешифратором 5, выходы которого соединены с устройством коррекции высоты.
В устройство коррекции высоты входят следующие блоки: блок микропрограммного управления 6 с регистрами величины высоты коррекции 7, высоты отсчета 8, давления на аэродроме 9, стандартного атмосферного давления 10, промежуточной высоты 11, высоты перехода 12, блок алгебраической суммы 13, блок алгебраической разности 14, входы каждого из которых соединены параллельно с регистрами величины высоты коррекции 7, высоты отсчета 8, а выходы блока алгебраической разности 14 соединены с одним входом блока вычислителя команд нижнего уровня 15, а выход блока алгебраической суммы 13 соединен с одним входом блока вычислителя команд верхнего уровня 16. Другие входы блока вычислителя команд нижнего уровня 15 и блока вычислителя команд верхнего уровня 16 соединены параллельно с выходом блока преобразователя текущего значения высоты в кодовые импульсы 3.
Блоки пусковых элементов 17 и 18 и блоки преобразователей 19 и 20 соединены так, что один вход блока пускового элемента 17 соединен последовательно через блок преобразователя 19 с регистром давления на аэродроме 9, а другие входы блока пускового элемента 17 соединены с выходами блока вычислителя команд нижнего уровня 15, а один вход блока пускового элемента 19 соединен последовательно через блок преобразователя 20 с регистром стандартного атмосферного давления 10, другие входы блока пускового элемента 18 соединены с выходами блока вычислителя команд верхнего уровня 16.
Выходы блоков пусковых элементов 17 и 18 соединены с дистанционной следящей передачей 2 и с входами блока сигнализации 21, другие же его входы соединены с третьими выходами блоков вычислителя команд нижнего уровня 15 и вычислителя команд верхнего уровня 16.
Блок величины высоты коррекции 22 своими входами соединен с регистрами величины промежуточной высоты 11 и величины высоты перехода 12, а выходом соединен с входом блока микропрограммного управления 6, входы которого соединены также с выходами дешифратора.
Работу системы коррекции выходной информации авиационных высотомеров целесообразно рассмотреть на ряде этапов.
I. Прием информации на борт самолета и функциональные особенности работы системы.
II. Работа системы коррекции при взлете, наборе высоты и выходе на эшелон полета.
III. Работа системы коррекции при входе в воздушную зону аэродрома, снижении и посадке.
IY. Работа системы коррекции при полете в воздушном пространстве аэродрома в интервале высот: выше высоты перехода, пониже эшелона перехода, при повторно-повторяющихся наборе высоты и снижении.
I. После запуска двигателей самолета на место стоянки и включения бортовой аппаратуры, в том числе системы коррекции выходной информации высотомеров, электромеханический барометрический высотомер 1 выдает электрический аналоговый сигнал, пропорциональный не скорректированной высоте, в преобразователь текущего значения высоты в кодовые импульсы 3 двоично-десятичного кода, откуда поступает в приемопередатчик 4 и вычислители команд нижнего 15 и верхнего 16 уровней.
Бортовой приемопередатчик 4 вторичной радиолокационной станции принимает метеорологическую информацию: давление на аэродроме Р1конкретного аэродрома на данный момент времени, а также информацию о высоте перехода Н1 для воздушной зоны этого же аэродрома. Указанная информация в виде посылок потенциально-импульсного двоично-десятичного кода, снабженная индивидуальным кодово-импульсным "ключом" с определенной периодичностью далее поступает в дешифратор 5, откуда величины Р1 и Н1 поступают в блок микропрограммного управления 6 и хранятся соответственно в регистрах давления на аэродроме 9 и высоты перехода 12. В блоке микропрограммного управления хранится также информация о константах и операционных величинах: в регистре 10 хранится информация о стандартном атмосферном давлении Р0, в регистре 11 - величина промежуточной высоты Н4 = 150 м, в регистре 8 величина высоты отсчета Н6 = 50 м, в регистре 7 хранится величина высоты коррекции Н5, которая предварительно вычисляется в блоке высоты коррекции 22 сложения величин высоты перехода и промежуточной высоты, т. е. Н5 = Н1 + Н4 м).
Блок алгебраической суммы 13 вычисляет функцию величины высоты Н8 сложением величины высоты Н5 и Н6:
Н 8 = f(Н5 + Н6) м. Блок алгебраической разности 14 вычисляет функцию величины высоты Н7вычитанием из высоты Н5 высоты Н6;
H7 = f(Н5 - Н6) м. Вычислитель команд нижнего уровня 15 формирует и дает команды:
"открыто" - в блок пускового элемента 17 при Н3 < Н7;
"прерывистый сигнал" - в блок сигнализации 21 при Н3 = Н7;
"закрыто" - в блок пускового элемента 17 при Н3 > Н7. Вычислитель команд верхнего уровня 16 формирует и дает команды:
"открыто" - в блок пускового элемента 18 при Н3 > Н8;
"прерывистый сигнал" - в блок сигнализации 21 при Н3 = Н8;
"закрыто" - в блок пускового элемента 18 при Н3 < Н8. Блоки преобразователей 19 и 20 преобразовывают величины Р1 и Р0 из регистров 9 и 10 блока микропрограммного управления из двоично-десятичного кода в потенциальные аналоговые величины.
При поступлении команды "открыто" блоки пусковых элементов 17 и 18 подключают напряжения, соответствующие давлениям Р1 и Р0 к дистанционной следящей передаче 2, которая выполняет соответствующие перемещения элементов в пневматической схеме электромеханического высотомера 1, в результате чего его индицирующие элементы корректируются по давлению Р1 или Р0, т. е. показания высотомера становятся правильными.
Одновременно при прохождении команды "открыто" напряжение с выхода блока пускового элемента 17 подается в блок сигнализации 21, который дает постоянный информативный сигнал "давление аэродрома введено". При прохождении команды "открыто" напряжение с выхода блока пускового элемента 18 подается в блок сигнализации 21, который дает постоянный информативный сигнал "стандартное атмосферное давление введено".
Нагрузкой блока сигнализации могут быть любые информативные элементы: транспаранты, бленкера, сирены, и т. п. В данном случае применена следующая цветовая сигнализация сигнальными лампочками, конструктивно выполненными в поле лицевой части шкалы электромеханического высотомера:
синяя лампочка - "стандартное атмосферное давление введено";
желтая лампочка (мигающая) - "самолет находится в интервале высот коррекции высотомера", т. е. выше Н7, но ниже Н8;
зеленая лампочка - "давление аэродрома введено".
II. При включении системы коррекции выходной информации высотомеров с очередной периодической посылкой в блок микропрограммного управления 6 поступает информация о величинах Р1 и Н1. Вычислитель команд верхнего уровня 16 дает только единственную команду "закрыто" (так как Н3 < Н8) в блок пускового элемента 18 при этом напряжение, пропорциональное Р0 не поступает в дистанционную следящую передачу, синяя лампочка не горит.
Вычислитель команд нижнего уровня 15 дает только единственную команду "открыто" (Н3 < Н7) в блок пускового элемента 17, при этом напряжение, пропорциональное Р1, поступает в дистанционную следящую передачу 2, которая корректирует высотомер по давлению Р1, стрелки его устанавливаются на 0 высоте, горит зеленая лампочка. Вследствие быстродействия системы, коррекция высотомера будет выполнена на стоянке самолета.
При взлете в наборе высоты вычислитель команд нижнего уровня 15 дает команды:
при Н3 = Н7 - мигает желтая лампочка;
при Н3 > Н7 - напряжение, пропорциональное Р1, на дистанционную передачу не поступает, гаснет зеленая лампочка.
Вычислитель команд верхнего уровня 16 дает команды:
Н3 < Н8 - напряжение, пропорциональное Р0 на дистанционную следящую передачу не поступает, синяя лампочка не горит;
Н3 = Н8 - прекращает мигать желтая лампочка;
Н3 > Н8 - напряжение, пропорциональное Р0 поступает в дистанционную следящую передачу, которая корректирует высотомер по давлению Р0, горит синяя лампочка.
Таким образом, на эшелоне перехода бортовой высотомер готов для пилотирования по нему в верхнем воздушном пространстве на любом эшелоне и по всей трассе полета.
III. При входе в зону действия аэродромной радиолокационной станции активного ответа на борт самолета в блок микропрограммного управления 6 поступает информация о величине давления на аэродроме посадки Р1 и величине высоты перехода Н1 для данного аэродрома, так как радиус уверенного приема сигналов наземной радиолокационной станции - десятки и сотни километров, то указанная информация будет иметься на борту задолго до ее непосредственного применения.
При изменении (уменьшении) высоты полета Н3 при снижении и заходе на посадку вычислитель команд верхнего уровня 16 дает команды:
Н3 > Н8 - напряжение, пропорциональное Р0, поступает в дистанционную следящую передачу, которая корректирует высотомер по давлению Р0, горит синяя лампочка;
Н3 = Н8 - начинает мигать желтая лампочка;
Н3 < Н8 - напряжение, пропорциональное Р0, перестает поступать на следящую передачу, гаснет синяя лампочка.
Вычислитель команд нижнего уровня 15 дает команды:
Н3 > Н7 - напряжение, пропорциональное Р1, на дистанционную передачу не поступает;
Н3 = Н7 - прекращает мигать желтая лампочка;
Н3 < Н7 - напряжение, пропорциональное Р1, поступает в дистанционную следящую передачу, которая корректирует высотомер по давлению Р1, загорается зеленая лампочка.
Таким образом, при достижении самолетом высоты перехода бортовой электромеханический высотомер 1 будет приведен к атмосферному давлению аэродрома посадки. После выполнения посадки стрелки высотомера будут показывать нуль высоты.
IY. При выполнении полетов в зоне аэродрома может возникнуть необходимость в повторяющихся наборах высоты и снижениях в промежутке высот: ниже эшелона перехода, но выше высоты переходы. Так как коррекция электромеханического высотомера 1 может быть выполнена только при Н3 > Н8 и Н3 < Н7, то, если самолет при снижении "пересек" высоту Н8, а затем, не достигнув высоты Н7, снова набрал высоту (Н3 > Н8), то коррекция выполнена не будет.
Аналогично, если при наборе высоты самолет "пересек" высоту Н7, затем, не достигнув высоты Н8, начал снижаться, то коррекция высотомера также выполнена не будет. В обоих случаях пребывание самолета в зоне коррекции будет сигнализировать желтая лампочка.
Изобретение позволяет повысить безопасность полетов как в зоне взлета и посадки аэродрома, так и на трассах полета, особенно в пунктах пересечения авиалиний. Полная автоматизация коррекции выходной информации бортового барометрического высотомера позволяет освободить экипаж и диспетчерский состав управления воздушным движением от необходимости вести радиообмен по вопросу коррекции.
В связи с большим быстродействием предложенной системы коррекции возникает возможность "уплотнения", особенно ограниченного нижнего воздушного пространства аэродрома, что является важным резервом для аэропортов с интенсивным воздушным движением. (56) Михайлов О. И. и др. Авиационные приборы. М. : Машиностроение, 1977, с. 16-20.
Патент Великобритании N 1453423, кл. G 01 C 5/00, 20.10.76.
СИСТЕМА КОРРЕКЦИИ ВЫХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ АВИАЦИОННЫХ ВЫСОТОМЕРОВ, содержащая электромеханический барометрический высотомер, преобразователь текущего значения высоты в кодовые импульсы, приемопередатчик с дешифратором, блок сигнализации, дистанционную следящую передачу, причем вход дешифратора соединен с выходом приемопередатчика, вход приемопередатчика соединен с первым выходом преобразователя высоты, вход преобразователя высоты соединен с выходом высотомера, вход высотомера соединен с выходом следящей передачи, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем автоматизации коррекции, в нее введен блок микропрограммного управления с регистрами, блок величины высоты коррекции, блок алгебраической суммы, блок алгебраической разности, вычислитель команд нижнего уровня, вычислитель команд верхнего уровня, блок преобразователей давления на аэродроме, блок преобразователей стандартного атмосферного давления, блок пусковых элементов давления на аэродроме, блок пусковых элементов стандартного атмосферного давления, причем первый выход дешифратора соединен с входом регистра высоты перехода, второй выход дешифратора соединен с входом регистра давления на аэродроме, выход блока величины высоты коррекции соединен с входом регистра высоты коррекции, выход регистра высоты перехода соединен с первым входом блока величины высоты коррекции, выход регистра промежуточной высоты соединен с вторым входом блока величины высоты коррекции, первый вход блока алгебраической суммы соединен с выходом регистра высоты коррекции, второй вход блока алгебраической суммы соединен с выходом регистра высоты отсчета, выход блока алгебраической суммы соединен с первым входом вычислителя команд верхнего уровня, первый вход блока алгебраической разности соединен с выходом регистра высоты коррекции, второй вход блока алгебраической разности соединен с выходом регистра высоты отсчета, выход блока алгебраической разности соединен с первым входом вычислителя команд нижнего уровня, второй вход вычислителя команд нижнего уровня соединен с вторым выходом преобразователя высоты, первый выход вычислителя команд нижнего уровня соединен с первым входом блока сигнализации, второй выход вычислителя команд нижнего уровня соединен с первым входом блока пусковых элементов давления на аэродроме, третий выход вычислителя команд нижнего уровня связан с вторым входом блока пусковых элементов давления на аэродроме, второй вход вычислителя команд верхнего уровня связан с вторым выходом преобразователя высоты, первый выход вычислителя команд верхнего уровня связан с вторым входом блока сигнализации, второй выход вычислителя команд верхнего уровня связан с первым входом блока пусковых элементов стандартного атмосферного давления, третий выход вычислителя команд верхнего уровня соединен с вторым входом блока пусковых элементов стандартного атмосферного давления, выход регистра стандартного давления соединен через блока преобразователей стандартного атмосферного давления с третьим входом блока пусковых элементов стандартного атмосферного давления, выход регистра давления на аэродроме соединен через блок преобразователей давления на аэродроме с третьим входом блока пусковых элементов давления на аэродроме, выход блока пусковых элементов давления на аэродроме соединен с третьим входом блока сигнализации и с первым входом следящей передачи, выход блока пусковых элементов стандартного атмосферного давления соединен с вторым входом следящей передачи и четвертым входом блока сигнализации.
