Способ изменения режима полета воздушного судна в запретной зоне

Способ изменения режима полета воздушного судна в запретной зоне

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к аспектам предотвращения несанкционированного применения воздушных судов (ВС), в том числе в террористических целях.

Известны способы предотвращения несанкционированного применения ВС, в частности, по важным наземным объектам в координатах запретного пространства зоны - см., например, патент РФ №2221208 (приоритет от 28.01.2002; МПК: F41G 7/00).

Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения является «Способ предотвращения несанкционированного использования летательных аппаратов» по патенту РФ №2228543 (приоритет от 28.05.2002; МПК: G05D 1/10, G08G 5/00, F41G 7/30). Его суть: в процессе предполетной подготовки ВС в его вычислительные средства вводятся программные траекторные параметры, которые в процессе полета ВС сравниваются с реальными. При рассогласовании этих величин более заданного порога на борту ВС формируется совокупность команд на реконфигурацию бортовой системы управления (СУ), а также некоторых других систем, в частности, может осуществляться дросселирование/отключение двигательной установки (ДУ), и снятие этой реконфигурации после уменьшения отмеченного рассогласования до допустимой величины.

Однако вышеперечисленные технические решения учитывают только стационарные запретные зоны, требуют соответствующего траекторного программирования (перепрограммирования) СУ каждого ВС на каждую новую полетную трассу, не отражают конкретного характера изменения режима полета ВС в виде степени использования штатных и необходимости применения дополнительных систем для автоматического (без участия пилота/экипажа) пилотирования ВС в запретной зоне.

Целью предлагаемого изобретения является формирование способа изменения режима полета ВС в запретной зоне, позволяющего автоматически (автономно без участия пилота/экипажа) ограничить маневрирование ВС в запретной зоне любой конфигурации, стационарной или мобильной, путем автоматического изменения аэродинамических и/или тяговых параметров ВС для принудительного увода его с траектории попадания в центральные области запретной зоны (целесообразно применять на легких ВС авиации общего назначения с простыми СУ и механической проводкой управления), либо автоматически осуществлять «жесткий» вывод ВС на заданный маршрут полета, в т.ч. включая автоматическую выработку топлива ВС и его автоматическую посадку на аэродром соответствующего класса (целесообразно применять на крупных магистральных ВС с электродистанционными системами управления).

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом способе, включающем автоматическое определение фактического положения и скорости ВС в пространстве, а также допускающем автоматическую программную реконфигурацию бортовой системы управления, на борту ВС принимают радиосигнал передатчика запретной зоны о координатах ее центра и ее границах, при заходе ВС в запретную зону автоматически сигнализируют об этом экипажу, одновременно включают бортовой радиопередатчик оповещения системы контроля воздушного движения о нарушении запретной зоны, типе, номере, координатах, высоте и скорости ВС, после реконфигурации бортовой СУ через 0,5…10 с автоматически меняют аэродинамические характеристики ВС вплоть до его разворота на покидание запретной зоны по курсу ±90 градусов относительно радиального луча из ее центра, а после выхода воздушного судна из запретной зоны выключают сигнализацию экипажу и бортовой радиопередатчик оповещения системы контроля воздушного движения, возвращают СУ ВС в полетную программную конфигурацию.

Для самолетов (в том числе с механической проводкой управления), а также вертолетов и автожиров вплоть до выхода ВС на устойчивый курс покидания запретной зоны периодически изменяют аэродинамические характеристики (обтекание воздушным потоком) ВС, для чего в воздушный поток выдвигают с правой или левой стороны ВС не менее одного воздушного щитка, и/или отклоняют руль направления или триммер руля направления, и/или устройства механизации одной консоли крыла (закрылки, и/или предкрылки, и/или элевоны, и/или интерцепторы), и/или неоднократно перекладывают элероны, и/или неоднократно выпускают и убирают шасси, и/или изменяют шаг или обороты рулевого винта.

Для тяжелых самолетов и других летательных аппаратов с электродистанционной проводкой управления, если ВС после сигнала экипажу продолжает углубляться в запретную зону, блокируют ручное управление ВС и автоматически разворачивают ВС на покидание запретной зоны по курсу ±90 градусов относительно радиального луча от центра запретной зоны. Дополнительно, после автоматического вывода ВС из запретной зоны производят автоматический полет ВС в сторону ближайшего аэродрома, класс которого допускает автоматическую посадку данного ВС, автоматически вырабатывают топливо перед приземлением и далее производят посадку ВС на аэродром.

При этом непрохождение предполетной самопроверки реконфигурируемых элементов СУ вследствие отказа или умышленного выведения из строя автоматически воспрещает взлет ВС.

При выходе из запретной зоны возвращают программную конфигурацию СУ и аэродинамическое обтекание ВС в исходное (как до входа в запретную зону) полетное состояние.

Реализацию предложенного способа осуществляют, например, путем установки на борт ВС энергонезависимого командного блока (блоков) для реконфигурации СУ, а также посредством не менее одного воздушного тормоза (аэродинамического щитка) с приводом, либо посредством задействования штатных управляющих курсом ВС аэродинамических поверхностей: руля направления (триммера руля направления), устройств механизации одной консоли крыла (закрылков, предкрылков, щитков, элевонов, интерцепторов, др. с дистанционным управлением их приводами), либо путем неоднократной перекладки элеронов или уборки и выпуска шасси, либо за счет изменения шага или оборотов рулевого винта (для вертолетов). При этом размещение командных блоков реконфигурации СУ и соответствующей кабельной сети производят в недоступном для пилота (экипажа) во время полета ВС месте. Причем предполетная неисправность (умышленное выведение из строя) данного приборного комплекса блокирует возможность взлета ВС.

Следует отметить, что активное автоматическое маневрирование ВС по тангажу (высоте) не предусматривается, поскольку может, например, при потере высоты вблизи объектов со сложным вертикальным рельефом (город, гористая местность, др.) привести к аварии (падению) воздушного судна. Аналогично, исключается вариант отключения либо глубокого дросселирования ДУ (создаются предпосылки для опасной потери скорости и падения ВС).

На фиг.1 показан вариант реализации предложенного технического решения на самолетах с механической проводкой управления рулями и ДУ (что применяется преимущественно на спортивных и легких ВС авиации общего назначения). На фиг.2 представлен вариант для магистральных лайнеров (тяжелых многомоторных самолетов) с электродистанционным управлением рулями и ДУ. На фиг.3, 4 показаны варианты мобильной и стационарной конфигурации запретной зоны. Приняты обозначения:

1 - планер и двигательная установка ВС (конструкция ВС);

2 - командный блок реконфигурации СУ;

3 - приемник сигналов спутниковой навигационной системы;

4 - ультракоротковолновый приемник спецсигнала запретной зоны;

5 - высотомер;

6 - указатель скорости ВС;

7 - индикатор запретной зоны;

8 - бортовая линия связи;

9 - передатчик оповещения о нарушении пространства запретной зоны;

10 - передатчик спутниковой навигационной системы (на космическом аппарате);

11 - система определения навигационной информации по подстилающей поверхности;

12 - приемник импульсно-фазовой радионавигационной системы;

13 - передающая станция импульсно-фазовой радионавигационной системы;

14 - центр системы контроля воздушного движения;

15 - система автопилотирования и инерциальной навигации (САИН);

16 - привод управления;

17 - воздушный тормоз (аэродинамический щиток);

18 - руль направления ВС (триммер руля направления);

19 - элерон (элевон);

20 - дроссельная заслонка (регулятор) ДУ;

21 - закрылок (интерцептор);

22 - предкрылок;

23 - шасси;

24 - энергонезависимый источник электропитания;

25 - система автоматической посадки ВС;

26 - приемник (приемопередатчик) кодовой информации;

27 - радиомаяк (радиомаркер) центра запретной зоны (в т.ч. на подвижных объектах);

28 - радиомаяк (радиомаркер) границы запретной зоны;

29 - условная линия границы запретной зоны.

Способ изменения полета ВС в запретной зоне по предложенному техническому решению осуществляется следующим образом (см. фиг.1, 2). В состав конструкции ВС поз.1 включается специализированный командный блок 2 программной реконфигурации системы управления, по командам которого в запретной зоне производится автоматическое изменение "стандартного полетного" аэродинамического обтекания (фиг.1) и/или режима (характера) аэродинамического управления (фиг.2) воздушного судна. Командный блок 2 посредством САИН 15, и/или приемника 3 сигналов спутниковой навигационной системы (от передатчиков 10 спутниковых навигационных систем GPS, ГЛОНАСС, в перспективе - Galileo), и/или посредством приемника 12 импульсно-фазовой радионавигационной системы (от передающих станций 13 радионавигационных систем, например «Чайка», «Лоран-С»), и/или посредством системы определения навигационной информации по подстилающей поверхности 11 практически непрерывно в реальном масштабе времени по защищенным линиям связи 8 получает информацию об истинных координатах (скорости) воздушного судна. Кроме того, посредством бортового высотомера 5, указателя скорости 6, отдельных специализированных блоков СУ (магнитный компас, гирокомпас, астронавигационный визир, радиолокационный локатор, бортовые часы, указатель топлива, др.) дополняется информация о текущих энергетических (высота, скорость, запас топлива) параметрах ВС. При получении посредством ультракоротковолнового приемника 4 информации о центре 27 и границах 29 запретной зоны допускается предварительная сигнализация пилоту/экипажу (например, за 10 км от границы запретной зоны) об опасной близости такой границы.

При нарушении границ запретной зоны 29 командный блок 2 выдает предупреждающий сигнал пилоту (экипажу) посредством индикатора 7 (неотключаемый световой и/или звуковой сигналы). Одновременно (либо с фиксированной по времени задержкой для выполнения маневра на выход ВС из запретной зоны) включается специализированный бортовой радиопередатчик 9 оповещения о нарушении пространства запретной зоны, сигнал с которого немедленно фиксируется ответственным за данную зону центром (центрами) системы контроля воздушного движения 14. Спустя 0,5…10 с (в зависимости от энергетических параметров ВС, размера и класса запретной зоны) командный блок 2 блокирует управление ВС со стороны пилота (экипажа) и/или выдает управляющий сигнал на силовые приводы 16 для выдвижения (поворота) воздушного тормоза (аэродинамического щитка) 17 для принудительного разворота ВС по курсу, и/или руля направления (триммера руля направления) 18, и/или закрылков (интерцепторов) 21 одной консоли крыла, и/или предкрылков 22 одной консоли крыла, и/или шасси 23. Допускается также перекладка элеронов 19 (полет ВС характерной "змейкой"), а также в небольшом диапазоне автоматическое дросселирование ДУ посредством заслонки (регулятора) 20. При этом электропитание командного блока 2, а также всех или части управляющих устройств 16-22 может производиться (дублируется) от энергонезависимого от общей сети электропитания ВС источника 24.

В качестве примера реализации предлагаемого технического решения приведем способ изменения режима полета ВС посредством автоматического (без участия пилота/экипажа) изменения аэродинамического обтекания летательного аппарата самолетного (автожирного) типа с механической проводкой управления (характерно для наиболее массовых легких ВС общего назначения, спортивных, учебно-тренировочных и т.п.). В данном случае при заходе ВС в запретную зону и продолжении полета вглубь зоны несмотря на срабатывание индикатора 7 командный блок 2 автономно выдает команду, например, на силовой привод управления 16 специализированного воздушного тормоза (аэродинамического щитка) 17, который, выдвигаясь в воздушный поток, вызывает асимметричное обтекание ВС и его принудительный разворот по курсу независимо от пилота (см. фиг.1). Следует отметить, что изменение аэродинамического обтекания ВС (в том числе периодическое либо апериодическое по случайному закону) осуществляется таким образом, чтобы исключить значительную потерю воздушной скорости и возможный срыв ВС в штопор или его переход в иной опасный полетный режим.

Подобное «асимметричное аэродинамическое притормаживание» вызывает отчетливо нехарактерное движение воздушного судна (т.н. "голландский шаг", "змейку", курсовые "клевки", повторяющиеся горизонтальные виражи и т.п.), что, с одной стороны, позволяет системе контроля воздушного движения 14 дополнительно идентифицировать нарушителя запретной зоны собственными локационными средствами, с другой стороны, резко затрудняет (срывает) "прицельное" пилотирование ВС при атаке наземных объектов в запретной зоне. Следует отметить, что если нарушитель все же сумел так или иначе нейтрализовать бортовые устройства (агрегаты, блоки) запрета несанкционированного применения ВС и нарушил пространство запретной зоны в "скоростном" полетном режиме - это однозначно и немедленно идентифицирует его как воздушного террориста со всеми вытекающими из данного факта следствиями по его перехвату и уничтожению средствами противовоздушной обороны.

На тяжелых магистральных самолетах, дополнительно оснащенных системами, например, коррекции навигационной информации по подстилающей поверхности 11, автоматической посадки 25, целесообразно не только автоматически выводить ВС из запретной для полетов зоны, но и осуществлять его «жесткое» автоматическое движение по ранее заявленному (либо специально выделенному для таких случаев) маршруту, а также дополнительно осуществлять автоматическую посадку ВС на ближайший аэродром соответствующего класса (в т.ч. с автоматической выработкой топлива перед приземлением) - см. фиг.2.

На вертолетах, в случае их захода в запретную зону и отсутствия реакции на сигнал бортового индикатора 7, командный блок 2 выдает управляющий сигнал на изменение шага или оборотов рулевого воздушного винта ВС. В этом случае независимо от пилота (экипажа) относительно резко изменяется штатный "прямолинейный" режим полета ВС, вплоть до программного разворота фюзеляжа вертолета на курс выхода ВС из запретной зоны.

Для некоторых ВС может явиться целесообразным дополнительное оснащение их бортовым приемником (либо приемопередатчиком) кодовой информации 26, в задачи которого входит прием команд и сигналов от центра системы контроля воздушного движения 14. В данном случае центр 14 берет управление ВС "на себя" и своими командами/сигналами выводит ВС из запретной зоны. Дополнительно, блок 26 может применяться, например, для выдачи "квитанции подтверждения" приема сигналов центра 14 бортовой СУ ВС, а также ретрансляции сигналов центра 14 на борт других ВС-нарушителей.

Запретная зона, идентифицируемая бортовой СУ ВС для работы по предлагаемому техническому решению, определяется, например, следующим образом (см. фиг.3 для мобильного и фиг.4 для стационарного вариантов). Радиомаяк (радиомаркер) 27 стационарной либо мобильной запретной зоны периодически (например, с частотой в несколько Гц) излучает радиосигнал, содержащий информацию о классе запретной зоны, географических координатах ее центра (может не совпадать с месторасположением радиомаяка 27), а также значении радиуса, который относительно центра определяет условную границу запретной зоны 29. Вариант: помимо класса и координат центра запретной зоны вместо значения радиуса радиомаяками (радиомаркерами) 28 выдаются координаты опорных точек границы 29 запретной зоны. При этом бортовой вычислитель СУ ВС, "соединяя", например, отрезками прямых смежные опорные точки, задаваемые радиомаркерами 28, по периметру относительно центра запретной зоны (задается радиомаркером 27) формирует ее границу 29. Указанное техническое решение целесообразно применять, например, для "вытянутых" запретных зон типа прибрежных объектов, участков магистралей и т.п.

Следует отметить, что мощность радиомаяка (радиомаркера) 27 должна быть безусловно достаточной для уверенного приема его сигналов на удалении до нескольких десятков километров от границ запретной зоны, при этом сигналы разных радиомаяков одной или близлежащих запретных зон должны четко различаться бортовыми комплексами ВС.

Класс запретной зоны целесообразно вводить, например, чтобы иметь потенциальную возможность задействования в ее пределах санитарных вертолетов, специализированных служебных бортов и т.п. либо полностью исключить любые полеты ВС.

Применение предложенного технического решения позволяет говорить о принципиально новом способе организации воздушного движения, при котором автоматически обеспечивается изменение режима полета ВС (причем как легкого летательного аппарата, так и крупного магистрального воздушного лайнера) в запретной зоне любой конфигурации, стационарной или мобильной, в т.ч. оперативно созданной, что, с одной стороны, увеличивает безопасность важных наземных объектов, а с другой стороны, не приводит к катастрофическим последствиям непосредственно для ВС-нарушителя.

Материальные и социальные приобретения от применения данного технического решения на практике потенциально очень высоки: издержки окупаются после первого же случая сохранения важного стратегического объекта, спасения людей и дорогостоящей авиационной техники.

1. Способ изменения режима полета воздушного судна (ВС) в запретной зоне, включающий автоматическое определение фактического положения и скорости ВС в пространстве, автоматическую программную реконфигурацию бортовой системы управления (СУ) в запретной зоне, отличающийся тем, что на борту ВС принимают радиосигнал передатчика запретной зоны о координатах ее центра и ее границах, при заходе ВС в запретную зону автоматически сигнализируют об этом экипажу, одновременно включают бортовой радиопередатчик оповещения системы контроля воздушного движения о нарушении запретной зоны, типе, номере, координатах, высоте и скорости ВС, после реконфигурации бортовой СУ через 0,5…10 с автоматически меняют аэродинамические характеристики ВС вплоть до его разворота на покидание запретной зоны по курсу ±90° относительно радиального луча из ее центра, а после выхода воздушного судна из запретной зоны выключают сигнализацию экипажу и бортовой радиопередатчик оповещения системы контроля воздушного движения, возвращают СУ ВС в полетную программную конфигурацию.

2. Способ изменения режима полета ВС в запретной зоне по п.1, отличающийся тем, что изменение аэродинамических характеристик воздушного судна производят путем выдвижения с правой или левой стороны ВС в воздушный поток не менее одного воздушного щитка.

3. Способ изменения режима полета ВС в запретной зоне по п.1, отличающийся тем, что изменение аэродинамических характеристик ВС производят путем отклонения руля направления или триммера руля направления.

4. Способ изменения режима полета ВС в запретной зоне по п.1, отличающийся тем, что изменение аэродинамических характеристик ВС производят путем отклонения устройств механизации одной консоли крыла.

5. Способ изменения режима полета ВС в запретной зоне по п.1, отличающийся тем, что изменение аэродинамических характеристик ВС производят путем неоднократной перекладки элеронов или неоднократной уборки и выпуска шасси.

6. Способ изменения режима полета ВС в запретной зоне по п.1, отличающийся тем, что изменение аэродинамических характеристик ВС производят путем изменения шага или оборотов рулевого винта.

7. Способ изменения режима полета ВС в запретной зоне по п.1, отличающийся тем, что после автоматического вывода ВС из запретной зоны производят автоматический полет ВС в сторону ближайшего аэродрома, класс которого допускает автоматическую посадку ВС, автоматически вырабатывают топливо перед приземлением и далее производят посадку ВС на аэродром.

8. Способ изменения режима полета ВС в запретной зоне по п.1, отличающийся тем, что непрохождение предполетной самопроверки реконфигурируемых элементов СУ автоматически воспрещает взлет ВС.