艦載機(jī)光學(xué)助降裝置校飛方法研究

楊卿+王加亮

摘 要 艦載機(jī)光學(xué)著艦指揮引導(dǎo)系統(tǒng)是用于向進(jìn)場(chǎng)艦載飛機(jī)的飛行員指示正確下滑斜率的光學(xué)裝置，是艦載機(jī)完成著艦飛行必備的特種設(shè)備。通過(guò)對(duì)光學(xué)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)校飛研究工作進(jìn)行總結(jié)提煉，形成了一個(gè)較為完整、實(shí)用的光學(xué)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)的校準(zhǔn)試驗(yàn)方法，可作為相關(guān)工作的參考。

關(guān)鍵詞 光學(xué)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)；校飛；方法

中圖分類號(hào)：V217 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7597（2014）05-0061-02

光學(xué)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)是用于向進(jìn)場(chǎng)艦載飛機(jī)的飛行員指示正確下滑道的光學(xué)裝置。它是保障艦載機(jī)安全著艦必需重要的設(shè)備，是目前國(guó)際通用的著艦引導(dǎo)基本手段，也是開展試飛員培訓(xùn)和訓(xùn)練的重要設(shè)施。

我們對(duì)光學(xué)著陸引導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的試驗(yàn)研究工作，開展了地面試驗(yàn)校準(zhǔn)、直升機(jī)校準(zhǔn)飛行試驗(yàn)以及固定翼校準(zhǔn)飛行試驗(yàn)等多種方法研究。在實(shí)際試驗(yàn)研究過(guò)程中遇到并解決了一些技術(shù)難題，通過(guò)分析總結(jié)和形成了光學(xué)著陸引導(dǎo)系統(tǒng)的具體實(shí)用試驗(yàn)技術(shù)和方法，可作為今后相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)。

1 光學(xué)助降裝置的系統(tǒng)組成和工作原理

1.1 光學(xué)助降裝置的組成

該裝置按功能分為燈光陣列系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)三部分。燈光陣列設(shè)備包括瞄準(zhǔn)燈組、輔助燈組及陣列桁架等，見(jiàn)圖1。

圖1 光學(xué)助降試驗(yàn)樣機(jī)示意圖

瞄準(zhǔn)燈組是光學(xué)著艦系統(tǒng)中給艦載機(jī)指示下滑道的光學(xué)器件。燈組由五個(gè)結(jié)構(gòu)類似的單體燈箱組合而成。瞄準(zhǔn)燈組的五個(gè)燈箱發(fā)出的光束有所不同，最上面一個(gè)為黃色，中間三個(gè)為橙色，最下面一個(gè)為紅色。輔助燈組安裝在瞄準(zhǔn)燈組的兩側(cè)，與瞄準(zhǔn)燈組一起完成為艦載機(jī)飛行員提供著艦信息的作用。輔助燈組由基準(zhǔn)燈、主復(fù)飛燈、輔助復(fù)飛燈和關(guān)機(jī)燈組成。基準(zhǔn)燈設(shè)在瞄準(zhǔn)燈組中央兩側(cè)。在瞄準(zhǔn)燈組兩側(cè)垂向布置主復(fù)飛燈及輔助復(fù)飛燈。關(guān)機(jī)燈設(shè)在瞄準(zhǔn)燈組兩側(cè)上方，由LSO（著艦指揮官）隨身攜帶的“皮克勒”控制手柄上的按鈕開關(guān)控制。關(guān)機(jī)燈的作用是告知飛行員飛機(jī)已進(jìn)入下滑道，可以著艦。

1.2 工作原理

裝置5個(gè)單體燈箱的內(nèi)部光源通過(guò)光闌、透鏡以及柱面透鏡等光學(xué)元器件，向空間投射出一個(gè)5個(gè)層次3種顏色的光束，如圖2所示，提供下滑道引導(dǎo)光束的中間瞄準(zhǔn)燈箱發(fā)出橙色光束，該光平面與通過(guò)跑道中心線且垂直于大地的平面在空間相交得到一條直線，這條直線所指示的就是艦載機(jī)飛行員所跟蹤的下滑道。通過(guò)縱、橫搖軸調(diào)整瞄準(zhǔn)燈組的基本角和橫搖角，滿足艦載機(jī)的陸基定點(diǎn)著陸的要求。

圖2 燈光縱向分布刨面示意圖

著陸過(guò)程中，飛行員通過(guò)實(shí)時(shí)判斷瞄準(zhǔn)燈組提供的光球和基準(zhǔn)燈組提供光柱二者的相對(duì)位置調(diào)整飛機(jī)與下滑道在高度上的偏差，通過(guò)對(duì)準(zhǔn)跑道中心線調(diào)整與下滑道在左右位置上的偏移，由此跟蹤下滑道著陸。飛行員在空間中只有在一定的角度范圍內(nèi)才能見(jiàn)到瞄準(zhǔn)燈組提供的光束，該光束在中間燈組中形成一個(gè)橙色的光柱，稱為“肉球”（如圖3所示）。如該“肉球”在綠色基準(zhǔn)燈的上方，說(shuō)明飛機(jī)高了，需要降低高度。如果“肉球”在綠色基準(zhǔn)燈的下方，說(shuō)明飛機(jī)低了，需要提升艦載機(jī)高度，如果“肉球”和綠色基淮燈在同一直線上，說(shuō)明飛機(jī)下滑的航跡正確，只要保持就能準(zhǔn)確著陸；如果見(jiàn)到綠色基準(zhǔn)燈下面的紅色光柱，說(shuō)明飛機(jī)太低，必須緊急拉起。如果看見(jiàn)紅色禁降復(fù)飛燈閃爍，則應(yīng)當(dāng)停止著陸過(guò)程，立即拉起進(jìn)行復(fù)飛。

2 校飛測(cè)試設(shè)備及測(cè)試參數(shù)

測(cè)試設(shè)備包括光電經(jīng)緯儀、測(cè)量雷達(dá)以及在直升機(jī)上加裝的差分GPS、攝像頭、視頻記錄器等。

光電經(jīng)緯儀對(duì)飛行器進(jìn)行全程跟蹤測(cè)量，通過(guò)事后處理獲取校飛飛機(jī)的航跡數(shù)據(jù)。測(cè)量雷達(dá)對(duì)校飛飛機(jī)進(jìn)行全程跟蹤測(cè)量，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)送到LSO站，并記錄全部數(shù)據(jù)。在飛行器上記錄視頻、載機(jī)DGPS數(shù)據(jù)以及部分載機(jī)參數(shù)，供事后數(shù)據(jù)分析處理。

3 校飛內(nèi)容與方法

3.1 參數(shù)設(shè)置

在校飛試驗(yàn)中使用的光學(xué)助降系統(tǒng)是由某單位研制的科研樣機(jī)。按照參數(shù)設(shè)置，將用于試驗(yàn)的主要參數(shù)設(shè)置如下：

基本角（下滑角）：β0=4°；

橫搖角（滾轉(zhuǎn)角）： =0°；

中間瞄準(zhǔn)燈安裝高度：h=1.3 m。

3.2 地面試驗(yàn)

1）實(shí)施方法。通過(guò)相對(duì)中心肉球以及各燈光束的邊界沿飛行跑道在不同點(diǎn)上進(jìn)行高度測(cè)量來(lái)校核。在晴天、能見(jiàn)度不小于3 km的氣象條件下，利用移動(dòng)升降裝置在燈光陣列前各測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，從不同高度觀測(cè)燈光變化，用全站儀測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)的高度、距離等參數(shù)，同時(shí)進(jìn)行記錄，供事后數(shù)據(jù)處理。

2）測(cè)量結(jié)果。經(jīng)過(guò)地面校核試驗(yàn)，實(shí)測(cè)下滑角為4.033°，與設(shè)置的4°下滑角相差很小；瞄準(zhǔn)燈組總張角1.952°，略高于理論的1.7°總張角；各燈光分層張角與理論值略有差異。

3.3 飛行校飛試驗(yàn)

1）實(shí)施方法。天氣狀況良好，著陸場(chǎng)周圍沒(méi)有云，且能見(jiàn)度超過(guò)5 km以上時(shí)，試飛員運(yùn)用陸基飛行訓(xùn)練規(guī)定的飛行航線進(jìn)場(chǎng)及沿光學(xué)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)提供的光學(xué)下滑道進(jìn)行飛行試驗(yàn)。

直升機(jī)由2 km處對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)跑道的中心線后，根據(jù)瞄準(zhǔn)燈組和基準(zhǔn)燈組的位置偏移進(jìn)行高度和姿態(tài)調(diào)整，確定下滑道，并沿下滑道飛行，在下滑道中點(diǎn)（該點(diǎn)距離著陸點(diǎn)900 m，高度Hr≈70 m）和交叉點(diǎn)（該點(diǎn)距離著陸點(diǎn)450 m，高度Hr≈40 m）分別懸停60 s，在Hr≈20 m高度上懸停30 s，之后直升機(jī)復(fù)飛。地面光電經(jīng)緯儀對(duì)直升機(jī)進(jìn)行軌跡測(cè)量。計(jì)算實(shí)際下滑角，給出光學(xué)下滑道的準(zhǔn)確性。

2）飛行試驗(yàn)結(jié)果。視頻記錄器記錄的視頻截取得圖片，取瞄準(zhǔn)燈的中心燈與基準(zhǔn)燈基本上在一條線上時(shí)的圖片，如圖3所示。

圖3 中心燈與基準(zhǔn)燈在一條線上

根據(jù)光電經(jīng)緯儀的數(shù)據(jù)，計(jì)算出理論下滑角度分別為：3.93，3.96，即都滿足該型設(shè)備要求的燈光角度誤差，即。

由光電經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)、測(cè)量雷達(dá)數(shù)據(jù)以及GPS數(shù)據(jù)，可以得到飛行數(shù)據(jù)分析圖，如圖4所示。通過(guò)飛行數(shù)據(jù)分析圖我們可以很清楚的觀察出飛行的飛行包線，為飛行后的分析總結(jié)提供非常有效的參考。

圖4 飛行數(shù)據(jù)分析圖

4 結(jié)論

通過(guò)大量的試驗(yàn)研究，我們可以得出這樣的結(jié)論意見(jiàn)，光學(xué)著艦引導(dǎo)系統(tǒng)可以通過(guò)地面專項(xiàng)設(shè)備，直升機(jī)及固定翼飛機(jī)飛行的方法進(jìn)行校準(zhǔn)，不同的校準(zhǔn)方法可取的不同的效果；通過(guò)地面專項(xiàng)校準(zhǔn)設(shè)備，可解決光學(xué)著艦引導(dǎo)設(shè)備的日常校準(zhǔn)問(wèn)題，使用方便，校準(zhǔn)工作量小，設(shè)備配置得當(dāng)可滿足燈光引導(dǎo)系統(tǒng)的標(biāo)定精度要求；直升機(jī)標(biāo)定時(shí)，需在直升機(jī)上配置視頻及DGPS等相應(yīng)設(shè)備，并需對(duì)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定，可解決光學(xué)引導(dǎo)設(shè)備初次試驗(yàn)標(biāo)定的問(wèn)題；固定翼飛機(jī)標(biāo)定主要是使飛行員通過(guò)實(shí)際飛行對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的亮度調(diào)節(jié)、布局等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn)

[1]海軍裝備部飛機(jī)辦公室，中航工業(yè)發(fā)展研究中心.國(guó)外艦載機(jī)技術(shù)發(fā)展[M].北京：航空工業(yè)出版社，2008：47-51.endprint