Телефон: +7 (383)-202-16-86

Статья опубликована в рамках: LXV Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 14 мая 2018 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Лазерные технологии

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Цаллагова Т.О., Субботин П.В., Мальцев Н.А. [и др.] ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ СРЕДЫ ПОД ЛЕГКОМОТОРНЫМ ГИДРОСАМОЛЕТОМ ПРИ ПОСАДКЕ НА ВОДНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LXV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 5(64). URL: https://sibac.info/archive/technic/5(64).pdf (дата обращения: 20.08.2019)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ СРЕДЫ ПОД ЛЕГКОМОТОРНЫМ ГИДРОСАМОЛЕТОМ ПРИ ПОСАДКЕ НА ВОДНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ

Цаллагова Тамара Олеговна

студент, кафедра прикладная информатика МАИ,

РФ, г. Москва

Субботин Павел Вадимович

студент, кафедра радиолокации, радионавигации и бортового радиоэлектронного оборудования МАИ,

РФ, г. Москва

Мальцев Никита Андреевич

студент, кафедра радиолокации, радионавигации и бортового радиоэлектронного оборудования МАИ,

РФ, г. Москва

Балыклейский Федор Владимирович

студент, кафедра радиолокации, радионавигации и бортового радиоэлектронного оборудования МАИ,

РФ, г. Москва

Научный руководитель Меркишин Геннадий Васильевич

д-р техн. наук., профессор кафедры 410 МАИ,

РФ г. Москва

Актуальность задачи посадки малых ЛА на водную поверхность обуславливается общей сложностью пилотирования легкомоторных самолетов и в частности сложностью посадки на водную поверхность, связанной, во-первых, с тем, что водная гладь зачастую волнуется, становится сложно измерить точную высоту полета ЛА над поверхностью по штатным радио- и барометрическим высотомерам, необходимую для контроля момента снижения и касания ЛА водной глади, и во-вторых, с тем, что на малой высоте полета самолет сложно выровнять, и необходима точная и достоверная информация о его положении в пространстве (необходимо отметить момент выравнивания крыла). Все это приводит к ошибкам в пилотировании и в некоторых случаях к катастрофе. В качестве примера можно привести падение самолета-амфибии Л-4 в Иркутской области 23 июля 2017 года. По данным из открытых источников [1] видно, что самолет заходил на посадку на озеро Медвежье, однако по неустановленным на сегодняшний день причинам потерпел крушение, двое человек получили тяжелые травмы. Можно предположить, что из-за недостатка информации о положении ЛА над водной поверхностью летчик не смог своевременно оценить обстановку и внести изменение в управление самолетом, что и привело к крушению воздушного судна. На рисунке 1 представлен внешний вид самолета-амфибии Л-4.

 

Рисунок 1. Внешний вид самолета-амфибии Л-4

 

В связи с вышесказанным поставленный в статье вопрос о необходимости создания системы помощи летчикам при посадке малых ЛА на воду можно считать актуальным.

Предлагается устройство, состоящее из двух измерительных блоков, каждый из которых включает в себя излучатель, представленный лазером, работающим на длине волны 0,51-0,55 мкм (зеленый цвет) и фотоприемником. Длина волны выбрана из условия применения устройства, а именно, зеленый цвет меньше всего поглощается в водной среде, соответственно становятся ниже энергетические затраты всей системы. Также в состав системы входит блок обработки информации, включающий АЦП, ЭВМ (микросхему, выполняющую простые арифметические операции, подробнее ниже) и системы отображения данных, установленной на месте пилота. Состав устройства изображен на рисунке 5.

Принцип работы устройства заключается в том, что лазерный луч, промодулированный по амплитуде, выходящий из источника отражается от водной поверхности и принимается фотоприемником. Измеряемым параметром при этом будет дальность до водной поверхности, т.е. частный случай дальности – высота полета ЛА, а информация о ней будет заключаться в огибающей оптического излучения. Измерение данного параметра основывается на принципах и основных формулах радиолокации, адаптированных для оптических систем, а именно информативным параметром здесь является время запаздывания (задержка) сигнала – tз. Принцип измерения запаздывания сигнала и определения высоты показан на рисунке 2.

 

Рисунок 2. Принцип измерения высоты

 

На рисунке 2 отображены излучатель (И), являющийся лазером с длиной волны 0,51-0,55 мкм (зеленый цвет), который формирует зондирующий сигнал (ЗС). ЗС, отразившись от водной поверхности поступает на фотодетектор (ФД), где преобразуется в ток и становится выходной характеристикой, показанной в координатах ток-время (на рисунке сигнала обозначен ОС). Разница во времени между излученным и принятым отраженным сигналом (между ЗС и ОС) обозначена как время запаздывания – tз. Тогда высоту можно определить по формуле, взятой из учебника по радиолокации [2], обозначим ее (1) и запишем:

                                                               (1)

Здесь с≈3*108 м/с – скорость света, H – высота, tз – время запаздывания.

Теперь поговорим об установке измерительных блоков (ИБ) на борту ЛА. Количество данных блоков выбрано исходя из необходимости решения задачи определения положения самолета в пространстве (нахождения момента выравнивания крыла), вдобавок это повышает точность измерения. Информация, полученная от каждого из измерительных блоков, усредняется и летчику на панель выводится более точное значение высоты (см. рисунок 5). Размещаются блоки на борту самолета на внутренней стороне крыла с обоих сторон от фюзеляжа (рисунок 3). Надо иметь в виду что размеры блоков показаны условно для наглядности и в реальности имеют размеры примерно 10*10 см.

 

Рисунок 3. Размещение измерительных блоков (ИБ) на борту самолета вид спереди (слева) и снизу (справа)

 

Измеряются одновременно две высоты с каждого края крыла и моментом выравнивания крыла будет считаться равность этих высот (рисунок 4), после чего у пилота на панели загорится контрольная лампа – «крыло - ровно».

 

Рисунок 4. Момент выравнивания крыла, подача команды «крыло - ровно» (слева) и отсутствие выравнивания (справа)

 

Здесь стоит поговорить о втором блоке системы – блоке обработки информации. В состав блока предположительно будут входить АЦП, ЭВМ, представляющая собой микросхемы, которые способны выполнять простейшие вычислительные операции, соответствующие формуле (1) и система отображения данных – контрольная лампа «крыло - ровно», про которую рассказано выше и цифровое табло «высота», состоящее из нескольких семисегментных индикаторов, показывающих значение высоты в метрах. Один из возможных составов системы показан на рисунке 5.

 

Рисунок 5. Возможный состав оптической системы контроля среды под легкомоторным гидросамолетом при посадке на водную поверхность

 

На рисунке 5 обозначено: И – излучатель, М – модулятор, ИП – источник питания, ФД – фотодетектор, АЦП – аналогово-цифровой преобразователь. Схема является не полной, на ней не указаны некоторые элементы, необходимые при практической реализации, задача схемы отобразить принцип и идею системы, состав также может изменяться. Блок обработки информации предлагается устанавливать на борту самолета, например, в кабине пилотов, а контрольные лампы выводить на панель приборов летчика.

В перспективе данное устройство может быть адаптировано для использоваться при взлете, причем физических изменений в конструкцию системы вносить нет необходимости, нужно лишь адаптировать программную обработку, и добавить несколько новых составных частей в блок обработки информации.

Учитывая бурное развитие малой авиации, в том числе и гидросамолетов малых размеров, в перспективе используемых в качестве, например, аэротакси, можно сказать что рассмотренную в работе систему ждут большие перспективы развития, а говоря о повышении безопасности полетов в условиях массовости производства малых ЛА эта система является одной из необходимых и рекомендованных к установке на борту.

 

Список литературы:

  1. Самолет-амфибия утонул в озере при посадке в Иркутской области [Электронный ресурс] // Аргументы и факты. 23.07.2017. № 173. URL: http://www.irk.aif.ru/incidents/samolet-amfibiya_utonul_v_ozere_pri_posadke_v_irkutskoy_oblasti (дата обращения: 17.04.2018)
  2. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1983. - 536 с., ил.
  3. Ярив А. Введение в оптическую электронику: учебник. – М.: Изд-во «Высшая школа», 1983. – 399 с.
  4. Меркишин Г.В. Приемные устройства оптического диапазона: структура, оптика: Учебное пособие. – М.: Изд-во МАИ, 2000. – 28с.: ил.
  5. Системы наблюдения. Новые принципы построения. Г.В. Меркишин - М.: Радиотехника, 2010.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий