Система визуализации полета и когнитивный пилотажный индикатор одновинтового вертолета

Система визуализации полета и когнитивный пилотажный индикатор одновинтового вертолета

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Группа изобретений относится к интегрированным комплексам бортового оборудования вертолета, в частности к системе визуализации полета (далее - СВП), а именно системам визуализации пилотажных параметров полета, системам инструментальной видимости окружающей среды закабинного пространства (организация отображения пространства неба, плоскости подстилающей поверхности и разделяющей их линии), системам отображения препятствий на подстилающей поверхности в реальном режиме времени в зонах взлета и посадки вертолета, системам отображения синтезированной видимости закабинного пространства подстилающей поверхности на этапах набора высоты, горизонтального полета, снижения, захода на посадку до высоты принятия решения, системе улучшенного отображения высотного профиля рельефа местности и предупреждения столкновения вертолета в управляемом полете с земной поверхностью и искусственными препятствиями на ней, а также к когнитивному пилотажному индикатору (далее - КПИ), предназначенному для отображения параметрической и сигнальной информации, характерной для полета одновинтового вертолета.

СВП и КПИ предназначены для безопасного пилотирования вертолета на всех этапах полета (запуск силовых установок и раскрутка трансмиссии, руление, висение, перемещение, взлет, горизонтальный полет, снижение, посадка) и режимах полета (выдерживание заданных скорости, курса, высоты, крена, тангажа, в том числе для выполнения любых режимов маневрирования) в любое время года, в любое время суток, независимо от вида покрытия (бетон, асфальтобетон, грунт, в т.ч. покрытый снегом, песком, влагой, льдом) подстилающей поверхности вертолетной взлетно-посадочной площадки (далее - ВВПП) в различных климатических условиях, в простых и сложных метеорологических условиях, в том числе при визуальной видимости, близкой к нулю.

Заявляемые СВП и КПИ учитывают особенности конструкции и динамики движения вертолета и его управления, специфику его применения как транспортного средства, предназначенного для внеаэродромного использования, и неблагоприятное влияние внешних воздействующих факторов на безопасность полетов вертолетов.

Предпосылки создания изобретения

При летной эксплуатации исправных и управляемых одновинтовых вертолетов возникают проблемы, связанные с обеспечением безопасности полетов из-за непреднамеренного выхода вертолета на границы (за границы) летных эксплуатационных ограничений с последующей потерей управляемости при воздействии на вертолет неблагоприятных внешних возмущений, а также ошибок экипажа в технике пилотирования из-за недостаточности (дефицита) и низкого качества информационного обеспечения экипажа по пилотажным параметрам, а также из-за потери экипажем визуальной видимости окружающей среды закабинного пространства (визуальной видимости земных ориентиров) при попадании вертолета в условия образования снежного/пыльного вихря и/или в сложные метеорологические условия (СМУ).

С целью выявления причин возникновения авиационных происшествий и серьезных инцидентов (далее - АП и СИ) был проведен анализ состояния безопасности полетов при эксплуатации одновинтовых вертолетов типа Ми-8 и его модификаций, используемых в Гражданской и Государственной авиации (согласно классификации, приведенной в Воздушном Кодексе РФ). За период 2000-2009 гг. выявлено, что наряду с другими причинами возникновения АП и СИ доминирующими являются ошибочные действия экипажей. Анализы причин возникновения АП и СИ показывают, что экипажи не всегда используют имеющиеся резервы вертолета по устойчивости и управляемости для локализации особых ситуаций, возникающих в полете, а также допускают систематические ошибки в технике пилотирования при управлении исправным вертолетом из-за дефицита (недостаточности) и/или низкого качества информационного обеспечения по следующим факторам:

1. Внешние воздействующие факторы, влияющие на безопасность полетов в силу особенностей конструкции и аэродинамики вертолета, среди которых:

- скорость и направление ветра и ее продольная и боковая составляющие на всех этапах полета, особенно при выполнении взлетов и посадок на площадки, подобранные с воздуха, на которых отсутствует метеорологическое обеспечение полетов;

- техническое состояние ВВПП: продольные и поперечные углы наклона ВВПП, наличие препятствий, прочность грунта, низкая контрастность подстилающей поверхности, а иногда и неизвестное физическое состояние площадки (например, толщина льда, покрытого свежевыпавшим снегом);

- ошибочное определение экипажем максимально допустимых взлетных/посадочных масс вертолета, зависящих от фактических метеорологических условий (скорости и направления ветра, величины атмосферного давления, температуры наружного воздуха) в местах взлета и посадки из-за отсутствия на борту вертолета соответствующих измерителей;

- отсутствие информационного обеспечения о подвижных и неподвижных препятствиях и расстояния до них, опорах ЛЭП и проводах в зоне взлета и посадки вертолета в СМУ.

2. Недостаточность и низкое качество представления экипажу вертолета на индикаторах пилотажных параметров из-за неполного учета аэродинамических особенностей и динамики движения вертолета по следующим параметрам:

- о продольных и поперечных скоростях перемещения вертолета на этапах висения (зависания), перемещения относительно земной/водной поверхности на малых и предельно малых высотах в моменты приземления и отрыва, взлетах и посадках по-вертолетному;

- об угловой скорости вращения - угловой скорости рыскания на всех этапах полета, и особенно в моменты приземления в условиях плохой видимости и образования снежного/пыльного вихря;

- о малой приборной скорости в зонах взлета, посадки и руления.

3. Эргономические недостатки представления информации о параметрах положения органов управления вертолетом и их динамики движения, в то время когда эти параметры являются важными пилотажными параметрами и должны постоянно находиться в поле зрения пилотов практически на всех этапах полета, а именно:

- разнесенность (рассредоточенность) по приборной доске (информационному полю дисплея) информации о текущем положении ручки «ШАГ-ГАЗ» (углу установки лопастей несущего винта, далее - НВ), оборотах НВ (частоте вращения НВ), оборотах турбокомпрессоров силовых установок;

- отсутствие информации о темпе (скорости) перемещения ручки «ШАГ-ГАЗ», скорости перекладки педалей управления углами установки лопастей рулевого винта (РВ).

4. Отсутствие информационного обеспечения экипажа о характеристиках закабинного пространства (о перемещающейся линии искусственного горизонта, которая по своему положению и перемещению соответствует линии истинного горизонта, видимой членами экипажа из кабины вертолета в простых метеоусловиях) при попадании в условия потери визуального контакта с земными ориентирами и при образовании снежного/пыльного вихря или СМУ.

5. Отсутствие информационного обеспечения экипажа по предотвращению попадания вертолета в режим «вихревое кольцо» в зоне ограничений: приборная скорость-вертикальная скорость снижения-истинная высота полета.

6. Недостатки в обеспечении экипажа аварийно-предупреждающей сигнальной информацией по следующим параметрам:

- продольным и поперечным углам наклона ВВПП;

- продольным и поперечным составляющим скорости ветра;

- продольным и поперечным скоростям перемещения относительно подстилающей поверхности на малых высотах;

- угловой скорости вращения - скорости рыскания;

- критическим углам крена, тангажа на малых высотах в моменты приземления, отрыва, руления, перемещениях, зависания, висения;

- превышения максимально допустимых взлетных/посадочных масс в зависимости от фактических метеорологических условий;

- динамики движения органов управления: отсутствие визуальной, звуковой, тактильной предупреждающей и аварийной сигнальной информации о падении/превышении частоты вращения НВ, темпа перемещения ручки «ШАГ-ГАЗ» и темпа перемещения педалей управления рулевым винтом, установленных эксплуатационными ограничениями;

- сигнализации о минимально допустимой безопасной высоте полета (далее - МБВ), предназначенной для предотвращения столкновения вертолета с земной поверхностью и искусственными препятствиями на ней в зависимости от характера рельефа подстилающей поверхности (равнинная, холмистая, горная), скорости полета и используемых экипажем правил полета.

Для предотвращения ошибочных действий экипажа в управляемом полете и повышения уровня безопасности полета, связанных с предотвращением столкновения вертолета с земной поверхностью, препятствиями на ней и возможным опрокидыванием, а также потерей управляемости вертолета, возникает необходимость улучшить существующее информационное обеспечение экипажа, обеспечив его дополнительной параметрической и сигнальной информацией, приведенной в таблице 1.

Эта информация должна значительно улучшить визуализацию представления по пилотажно-навигационным параметрам, а также обеспечить экипаж четким и высококачественным интуитивно понятным отображением внешней среды закабинного пространства и препятствий на ней независимо от времени года, суток, фактических метеорологических условий, вида подстилающей поверхности, технических характеристик вида покрытия ВВПП в реальном режиме времени и обеспечить улучшенную инструментальную видимость закабинного пространства на этапах взлета, маневрирования на предельно малых высотах снижения и захода на посадку по-вертолетному и по-самолетному.

В связи с этим на индикаторах СВП формат представления (вид отображения) текущего динамического состояния вертолета учитывает особенности конструкции и динамики движения вертолета, неблагоприятное влияние внешних факторов и особенности его управления, летные ограничения по всем этапам и режимам полета. Это позволяет снизить психофизиологическую нагрузку на экипаж, уменьшить умственные усилия, связанные с необходимостью выполнения расчетов в уме при одновременном пилотировании вертолета в быстроменяющейся текущей аэродинамической обстановке, уменьшить время принятия решения по управлению вертолетом за счет применения когнитивных технологий и минимизации зон неопределенностей («зон сомнений»).

Использованные сокращения на английском языке:

1. HUD (Head-up display) - пилотажный индикатор на фоне лобового стекла остекления фонаря кабины экипажа.

2. IPFD (Integrated primary flight display) - интегрированный основной пилотажный дисплей

3. EFVS (Enhanced Flight Visual System) - система улучшенной инструментальной полетной видимости закабинного пространства

4. CVS (Combine visual system) - система комбинированной видимости, образованной путем наложения на EFVS символьной пилотажной информации

5. EGPWS/HTAWS (Enhanced Ground Proximity Warning System/Helicopter Terrain Avoidance Warning System) - улучшенная система предупреждения о близости земли с глобальной базой данных о высотном профиле подстилающей поверхности под вертолетом и в направлении полета.

6. SVS (Synthetic Vision System) - система синтезированного видения подстилающей поверхности.

7. ИЛС - индикатор на фоне лобового стекла остекления кабины пилотов.

8. МФИ - многофункциональный индикатор.

Результаты проведенного анализа состояния безопасности полетов вертолетов свидетельствует о том, что при существующем информационном обеспечении даже квалифицированный экипаж не в состоянии эффективно решать эти задачи и полностью использовать имеющиеся технические возможности вертолетов по управляемости и устойчивости для предотвращения АП и СИ в каждом конкретном полете, особенно в условиях попадания вертолета в СМУ на малых высотах и отсутствия на борту информационного обеспечения экипажа, приведенного в таблице 1.

Известны современные интегрированные комплексы бортового оборудования для одновинтовых вертолетов типа Ми-172 - ИБКВ-17 (1/179790.html), _novyie_vertoletyi_mi_na_maks20U.html), интегрированный бортовой комплекс оборудования ИБКО-38 вертолета Ми-38 (разработки компании ЗАО «Транзас», РФ), которые позволили значительно расширить функциональные возможности вертолета, повысить в некоторой степени безопасность полетов, придать кабине экипажа эргономичный и современный вид с применением концепции «стеклянной кабины» компании Honeywell (США).

Комплекс ИБКВ-17 обеспечивает пилотирование и навигацию вертолета днем и ночью в простых и сложных метеоусловиях экипажем, состоящим из двух пилотов, инструментальный заход на посадку (при установке дополнительного оборудования - по II категории ИКАО), заход на посадку по сигналам GPS/ГЛОНАСС, автоматический контроль работы вертолетного оборудования. Дублированная вычислительная система вертолетовождения обеспечивает непрерывное счисление текущих координат места вертолета и коррекцию по данным автономных средств навигации (автоматическую или по команде экипажа).

Навигационная информация наложена на подвижную карту, на которую выводится изображение подстилающей поверхности, формируемое системой раннего предупреждения приближения к земле, и изображение от метеолокатора. Дополнительно может выводиться изображение от различных оптических систем и видеокамер, установленных на борту.

Повышение безопасности полета обеспечивается при помощи современных средств навигации, посадки и связи, гарантируется безопасность маловысотного полета за счет применения системы раннего предупреждения приближения к земле. Кроме того, комплекс адаптирован для работы с очками ночного видения.

Однако недостатками вышеназванных интегрированных комплексов являются ограниченный объем информации, предоставляемой экипажу для безопасного пилотирования вертолета на всех этапах и режимах полета, связанный с неполным учетом аэродинамических особенностей и особенностей управления вертолетом, влияния внешних воздействующих факторов на безопасность полетов, особенно это касается выполнения взлетов и посадок в условиях образования пыльного/снежного вихря, отсутствие информации о фактических метеорологический условиях в местах взлета и посадки, и, особенно, неизвестного воздействия ветра и недостоверной информации о техническом состоянии вертолетных взлетно-посадочных площадок, в частности фактических продольных и поперечных углов наклона подстилающей поверхности, наличия препятствий на ней. Т.е. отсутствует информационное обеспечение экипажа по разделам 2, 3, 4 таблицы 1, отсутствует аварийно-предупреждающая сигнальная информация на малых и предельно малых высотах, связанная с особенностями динамики полета вертолета (частично имеется информация по пп.1.2 и 1.3).

В настоящее время известен ряд иностранных аэрокосмических компаний, занимающихся разработкой новых технологий, которые предназначены для обеспечения взлета и посадки воздушных судов в крайне неблагоприятных метеорологических условиях, например в условиях низкой облачности и видимости менее 30 метров.

США, Великобритания, Франция и Германия активно участвуют в попытках решить проблему обеспечения безопасности полетов вертолетов. Однако на сегодняшний день готовых решений не найдено (www, aviationtoday. com/regions/usa).

Лидерами в этой области являются Sikorsky Aircraft Corp. (США), Rockwell Collins Inc. (США), Gulfstream Aerospace Corporation (США), Honeywell International (США), Garmin (США), Aspen Avionics (США), Eads Deutschland GmbH (Германия), Thales (Франция) и ряд других.

Аэрокосмическая компания Honeywell International разработала новую технологию для самолетов под названием Enhanced Flight Visual System / Synthetic Vision System (EFVS/SVS) - система улучшенной инструментальной полетной видимости закабинного пространства/система синтезированного видения подстилающей поверхности. Система SVS представляет экипажу базу данных и графическую 3D-визуализацию маршрутов воздушных судов, показывая на индикаторе в схематическом виде поверхность земли, над которой летит воздушное судно, и возможные препятствия на ней.

Новая система EFVS работает с инфракрасными сенсорами, установленными на «носу» самолета, и получает реальные данные отображения земной поверхности, «накладывая» их на данные SVS. Совместно два массива данных позволяют экипажу наблюдать местность в зоне взлета и посадки воздушного судна, как в «ясный день». Отображение информации осуществляется на пилотажных дисплеях Honeywell (IPED), представляющих собой ЖК-экраны, установленные на приборной панели в кабине пилота. Система EFVS/SVS используется на воздушных судах типа Gulfstream. В настоящее время система EFVS тестируется на вертолетах. Несмотря на решение одной из главных проблем вертолета - обеспечения экипажа улучшенной инструментальной (приборной) видимостью закабинного пространства подстилающей поверхности в зонах взлета и посадки вертолета, вышеназванная система не решает задачу по обеспечению безопасности полетов вертолетов в комплексе, как показано в таблице 1 в пп.1, 2, 3 из-за ограниченного объема выдачи информации, необходимой экипажу для обеспечения безопасности полета на всех его этапах и режимах.

Известно, что фирма Honeywell International совместно с другими американскими фирмами - Sikorsky Aircraft Corp., Sierra Nevada Corp. работает над новой системой посадки вертолетов - «Sandblaster», предназначенной для обеспечения безопасности полетов в условиях образования пыльного/снежного вихря при нулевой видимости и/или отсутствии у экипажа достоверных сведений о местности в районе посадки, с использованием миллиметрового радара (ММ3) и лазерного радара (LADAR). В системе использованы современные технологии визуализации закабинного пространства подстилающей поверхности, датчики, которой «видят» земную поверхность сквозь облако пыли, системы синтетического видения и совместной обработки данных. Нажатием одной кнопки приводится в действие автоматическая система управления вертолетом (разработка Sikorsky Aircraft Corp.), которая переводит его из режима полета в режим висения на низкой высоте над заранее заданной посадочной площадкой практически без смещения. В процессе приближения к земле трехмерный радар (разработка Sierra Nevada Corp.), действие которого возможно сквозь песок и пыль, обнаруживает препятствия и объекты, находящиеся в зоне посадки. На бортовой индикатор выводятся трехмерное изображение зоны посадки и окружающая ее местность, полученное от радара, датчика локального наружного наблюдения (SLEEK - разработка Honeywell International) и системы синтезированного видения подстилающей поверхности (SVS). Система позволяет обнаруживать препятствия и объекты в районе приземления в пределах 360°.

Испытания системы безопасности на вертолете BLACK HAWK в январе 2009 г. показали, что экипаж может безопасно посадить вертолет на площадку со множеством опасных препятствий и имеющую к тому же уклон. [110VgnVCM1000004f62529fRCRD]. Однако необходимо иметь в виду и то, чтобы обеспечить полную безопасность в управляемом полете, необходимо дополнительно решить и задачи, показанные в таблице 1 пп.1, 2, 3.

В настоящее время фирма Sikorsky Aircraft Corp. ведет работы по контракту с DARPA {Defense Advanced Research Projects Agency - агентство передовых оборонных исследовательских проектов - Министерства обороны США) новой системы посадки для вертолетов «Sandblaster», предназначенной для отображения окружающей среды, используя 94 ГГц радар, который позволяет пилоту видеть земную поверхность «сквозь» облако ().

Разработка систем инструментальной видимости закабинного пространства, функционирующих в реальном режиме времени, и синтезированной видимости закабинного пространства ведутся в соотв етствии с требованиями стандарта США RTCA DO-315 «Minimum Aviation System Performance Standard (MASPS) for Enhanced Vision Systems (EVS), Synthetic Vision Systems (SVS), Combine Vision Systems (CVS) and Enhanced Flight Vision Systems (EFVS)».

Программа, аналогичная американской «Sandblaster», существует в Великобритании под названием «LVL» (Low-Visibility Landing - посадка при низкой видимости) - (09/sandblaster-and-lvl-clear-air).

В рамках работы над «LVL» разработчики пытаются найти решение, которое бы позволило пилоту иметь визуальную информацию о технических характеристиках зоны приземления и которая бы отражалась на лобовом стекле или в виде нашлемной индикации. «LVL» так же, как и система «Sandblaster», базируется на технологии совместной обработки данных (от LADAR, инфракрасного и миллиметрового радаров), наложенных на базу данных о рельефе местности. В данной работе принимает участие компания Atlantic Inertial Systems - AIS (ранее BAE Systems Inertial Products) - разработчик системы TERPROM - системы обнаружения препятствий.

Система «LVL» должна обеспечить данные о точном положении вертолета по отношению к препятствию, а также устранения ошибок в картах. Она может работать в отсутствии GPS. Интегрируя данные о препятствиях с данными активных датчиков, получают полную картину зоны приземления в реальном времени непосредственно до входа вертолета в облако пыли.

Однако так же, как и описанные выше системы, «LVL» не решает проблемы обеспечения безопасности полетов, связанные с внешними воздействующими факторами на вертолет (влияние ветра, углов наклона взлетно-посадочных площадок, дополнительная просадка пневматиков шасси в малопрочный грунт), с особенностями управления вертолетом (темп перемещения рычага управления углами установки лопастей НВ, темп перемещения педалей управления углами установки РВ, падение или превышение частоты вращения НВ) и эргономическими недостатками по представлению экипажу параметрической и сигнальной информации, необходимой экипажу для безопасного пилотирования. Т.е. успешно решаются только проблемы, приведенные в п.4 таблицы 1.

Известен патент США №7642929, G01C 23/00, опубл. 05.01.2010, в котором раскрывается система информационной поддержки экипажа при посадке вертолета. Своим возникновением она обязана военным операциям в Ираке, Саудовской Аравии и Афганистане. Во время посадки вертолет поднимал облако пыли и песка высотой до 100 футов так, что площадка для приземления скрывалась из виду. В соответствии с формулой изобретения вертолет оснащен камерами (например, инфракрасной камерой) и датчиками, которые выявляют наличие препятствий на площадке для предотвращения столкновения с ними при приземлении до того, как образуется облако пыли. В качестве датчика используют камеру ночного видения или электронный радар (либо LADAR). Сигналы с датчиков поступают в память компьютера. Имеется также инерциальная навигационная система, обрабатывающая выходные сигналы системы управления вертолетом. Это могут быть сигналы крена, тангажа, рысканья, а также информация о высоте и скорости вертолета. Имеется возможность получить 3-мерное изображение окружающего ландшафта при приземлении. Данные отображаются на обычном экране катодной трубки, либо на индикаторах на лобовом стекле, либо на нашлемных индикаторах. Благодаря целому ряду алгоритмов формируется изображение в реальном масштабе времени. Однако данная система также имеет ряд недостатков в информационном обеспечении, среди которых отсутствие информации:

- о скорости и направлении ветра на всех этапах полета, и особенно на этапах взлета и посадки по-вертолетному;

- о максимально допустимых взлетных/посадочных массах, зависящих от фактических метеорологических условий в месте взлета и посадки вертолета;

- об особенностях управления вертолетом (темп управления общим шагом НВ, темпам перекладки педалей управления РВ);

- о сигнальной информации по падению и превышению частоты вращения НВ установленных эксплуатационных ограничений, о продольной и поперечной скоростях перемещения вертолета на малых и предельно малых высотах.

Т.е. отсутствует информация по пп.1.1, т.к. точность определения углов наклона ВВПП в этом патенте превышает 10°, что не удовлетворяет требованиям безопасного приземления вертолета (которые составляют 3°), а также отсутствует информационное обеспечение по пп.1.6, 2.1, 2.2, 2.3, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, приведенных в таблице 1.

Известен также патент США №7091881, G01C 21/00, опубл. 15.08.2006, в котором описаны вертолетные средства, предназначенные для безопасного приземления в условиях образования пыльного/снежного вихря и низкой видимости, которые используют отображения окружающего пространства и данные о динамике движения вертолета, полученные с помощью различных датчиков первичной информации, которые непрерывно обновляются и представляются экипажу через шину данных. В этом же патенте представлена интегрированная дисплейная система, включающая основной пилотажный дисплей и дисплей висения, которые используются в условиях плохой видимости. Дисплей висения может также содержать индикатор истинной высоты, замеренной радаром, символы отклонения от заданного курса и символы бокового смещения, что позволяет летчикам обнаружить отклонение от курса, которое часто имеет место в условиях плохой видимости. Данный дисплей обеспечивает летчика информацией о текущем значении высоты над землей и имеет сигнализацию об опасной скорости сближения вертолета с препятствиями на земной поверхности. Например, ленточный индикатор снижения может иметь зеленый фон, если скорость сближения с землей в пределах нормы, желтый фон, если значения приближаются к критическим, красный, если значения вышли за критические режимы. Дисплей висения включает систему отображения отклонения вертолета от заданного курса, индикатор бокового и продольного перемещения вертолета в режиме висения.

Недостатком данных технических решений является то, что вертолетная интегрированная дисплейная система может использоваться в СМУ в режиме висения для балансировки вертолета, но не обеспечивает экипаж вертолета визуальным контактом с земными ориентирами, а также полными пилотажными параметрами, необходимыми для безопасной эксплуатации вертолета. Т.е. отсутствует информационное обеспечение по пп.1.1; 1.6; 2.1; 2.2; 2.3; 3.1; 3.3; 3.4; 4.1; 4.2, приведенным в таблице 1.

Известен патент EP №1906151, G01C 23/00, опубл. 02.04.2008, в котором предложен индикатор для отображения посадочной площадки, где с высоким разрешением показана площадка до того момента, когда вертолет создает пыльный/снежный вихрь во время посадки. Для этого используется инерциальная навигационная система (либо отдельная система). При этом согласно изобретению изображение трансформируется для отображения с нужной точки обзора, при этом оно накладывается на текущее положение вертолета по отношению к посадочной площадке. К тому же на индикаторе отражаются препятствия, находящиеся в зоне посадки. Таким образом, система значительно улучшает ориентацию летчика, обеспечивая безопасную посадку даже при нулевой видимости. В основе изобретения лежит узел обработки (например, компьютер). Имеются также другие логические цепи. В компьютер из навигационной системы, которая оснащена приемником GPS, поступает информация о текущем местоположении вертолета. Может быть использована и автономная навигационная система вертолета. Дополнительная информация может быть получена из навигационной базы самого вертолета, которая включает полетное задание, координаты заданного места посадки и профиль местности с препятствиями. Эта система позволяет точно сориентировать в нужном направлении датчик цифрового изображения (например, цифровую камеру), смонтированный на рамке. С камерой синхронизирован импульсный источник света. Как правило, по мере приближения к земле производится ряд снимков до потери визуальной видимости подстилающей поверхности из-за попадания вертолета в зону снежного/пыльного вихря, которые в последующем используются для приземления вертолета в условиях отсутствия видимости земной поверхности.

Один или более лазерных дальномеров центрированы с камерой и предоставляют информацию о степени наклона посадочной площадки. В это время дополнительный лазерный дальномер, направленный вниз, или радарный высотомер предоставляют информацию о расстоянии до земли. Множество лазерных дальномеров или прожектор помогают выявить наклон поверхности. Используется также РЛС миллиметрового диапазона, которая на определенной частоте может «видеть сквозь» облако пыли в реальном времени, или инфракрасный радар (FLIR), направленный вперед, который может отобразить подстилающую поверхность без использования РЛС. Полученное изображение поступает на процессор, который делает изображение более четким благодаря 3D графике, накладывая на него либо в виде текста, либо в виде графики информацию о текущем положении вертолета по отношению к посадочной площадке. При этом это изображение можно показать с любой точки обзора на индикаторе. Однако вышеназванная система не может обеспечить полную безопасность полета вертолета при выполнении полетов на площадки, подобранные с воздуха, поскольку в базе данных вертолетного компьютера отсутствует информационное обеспечение по характеристикам рельефа местности предполагаемого места приземления вертолета. Также система не учитывает влияния на вертолет внешних воздействующих факторов:

- метеорологических условий в зоне приземления и взлета, в частности отсутствует информационное обеспечение экипажа о скорости и направлении ветра, температуре наружного воздуха и величине атмосферного давления, которые непосредственно влияют на безопасность полета вертолета;

- технических характеристик взлетно-посадочной площадки (продольные и поперечные углы наклона, плотность грунта, возможность просадки пневматиков колес стоек шасси вертолета в малопрочный грунт), которые могут привести к опрокидыванию вертолета;

- максимально допустимых взлетных/ посадочных масс в месте взлета и посадки, зависящих от фактических метеорологических условий полета;

- особенности динамики полета вертолета, связанные с управлением вертолетом, в частности отсутствует информационное обеспечение по темпу перемещения управления общим шагом НВ.

Наиболее близким аналогом по своей сущности к вертолетным средствам визуализации полета (СВП), предназначенным для повышения уровня безопасности полетов, являются известные средства, показанные в заявке США на изобретение №2010073198, G08B 21/00, опубл. 25.03.2010. В ней описаны человеко-машинный интерфейс, предназначенный для предотвращения столкновения вертолета с подстилающей поверхностью и препятствиями на ней, а также потери управляемости вертолета в СМУ в зоне взлета и посадки. Данный интерфейс описывает средства получения отображения подстилающей поверхности, на которые дополнительно накладывается символьное отображение параметрической информации, необходимое для безопасного пилотирования вертолета, а именно:

- высота над землей;

- координаты пространственного положения вертолета: углы крена, тангажа и курса;

- путевая скорость;

- вертикальная скорость;

- угловая скорость вращения;

- информация о наличии препятствий в зоне приземления;

- координаты места приземления, которые были заранее выбраны при подготовке к полету;

- текущее удаление до места приземления.

Визуализация отображения места приземления (инструментальная видимость закабинного пространства), на которое накладывается параметрическая пилотажная информация, значительно снижает психофизиологическую нагрузку на экипаж, создавая благоприятные условия для пилотирования вертолета, которые интуитивно напоминают экипажу визуальные условия захода на посадку.

При этом формируется виртуальная плоскость истинного горизонта, на которую накладывают виртуальный рельеф местности в зоне приземления вертолета. Причем плоскость истинного горизонта постоянно обновляется в зависимости от высоты полета вертолета. Отображение рельефа местности может быть выполнено в 3D проекции. Для формирования подобного отображения полетной информации в зоне приземления при отсутствии визуальной видимости земных ориентиров используется множество датчиков первичной информации. Среди них - измерители истинной высоты полета, путевой скорости, параметров пространственного положения вертолета и средства получения отображения земной поверхности в зоне приземления: радары, LADARS, телевизионные и тепловизионные камеры, которые позволяют получить отображение земной поверхности даже в условиях отсутствия визуальной видимости подстилающей поверхности.

Формируется аварийно-предупреждающая сигнализация (визуальная и звуковая) в зависимости от удаленности препятствия на расстоянии от ½ до 2 диаметров НВ вертолета, при этом графическое отображение рельефа земной поверхности осуществляется с помощью цветной графики.

Несмотря на успешное решение вопроса обеспечения безопасности полета при заходе на посадку в условиях образования снежного/пыльного вихря из-за потери визуальной видимости земных ориентиров экипажем, данная система не решает ряд вопросов.

Основным недостатком этого технического решения являются заниженные функциональные возможности системы визуализации полета, которая реализована по известным принципам для самолетов и не учитывает особенности вертолета.

А именно, что:

- из-за отсутствия технических средств для измерения параметров динамики движения вертолета соответственно отсутствуют контролируемые параметры по пп.1.1, 1.4, 1.5, 1.7;

- из-за отсутствия технических средств для определения метеорологических параметров в зонах взлета и посадки вертолета на необорудованные ВВПП соответственно отсутствуют контролируемые параметры по пп.2.1, 2.2, 2.3;

- из-за отсутствия технических средств для определения параметров положения органов управления вертолетом и скорости их перемещения отсутствуют контролируемые параметры по пп.3.1, 3.2, 3.3, 3.4.

Это приводит к отсутствию аварийно-предупреждающей сигнальной информации по вышеперечисленным параметрам по графе 3 таблицы 1.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемому вертолетному когнитивному пилотажному индикатору (КПИ) является дисплейная система вертолетных систем визуализации параметров полета и закабинного пространства, описанная в европейском патенте №874222, G01C 23/00, опубл. 28.10.1998.

Эта дисплейная система использует синтезированное электронное отображение пилотажных и навигационных параметров вертолета. Управление индикацией осуществляется с помощью кнопок, расположенных на обрамлении дисплея. В навигационном режиме на экране дисплея отображается картографическая информация, на которую наложена аэронавигационная информация и на которой одновременно отображаются текущие навигационные параметры движения вертолета.

Для пилотировании вертолета в СМУ на информационное поле дисплея, отображающее радиолокационное изображение подстилающей поверхности, накладывается сгенерированное символьное отображение пилотажных параметров, полученных от различных источников первичной информации, и информация от навигационной системы вертолета. Дисплейная система содержит два дисплея, расположенных в одном корпусе. Причем на одном из них отображается стандартная пилотажная информация, а на другом - навигационная информация.

Формат отображения пилотажной информации представляет собой отображение подвижной линии искусственного горизонта, принятое США (вид на линию горизонта из кабины экипажа в визуальном полете), скорости и высоты полета, вертикальной скорости, углов крена и тангажа, которые представляются экипажу в виде круговых шкал со стрелками. Некоторые параметры представлены в виде цифровых данных: путевая скорость, величина атмосферного давления, координаты местоположения, курс. Представление пилотажной информации выполнено в соответствии с требованиями авиационных правил в Т-конфигурации.

Для предотвращения столкновения вертолета с рельефом и искусственными препятствиями на дисплей выводится информация в виде векторных электронных карт рельефа местности, которая отображается в реальном режиме времени на этапах подхода вертолета к аэродрому и выхода из зоны аэродрома.

Для навигационных целей используется цифровая 3D-карта, а для захода на посадку в СМУ и в условиях образования пыльного/снежного вихря - радиолокационное отображение подстилающей поверхности.

Главным недостатком дисплейной системы является недостаточный объем (дефицит) параметрической и сигнальной информации, представляемой экипажу от момента запуска силовых уст