一種水上飛行航行器的著水控制裝置及其方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種水上飛機的著水控制方法及其設置，無線電高度表連續獲取水面的高度信息計算平均水面信息，通過計算模塊算出水波特征參數，由此得出風浪、涌浪和近岸浪的基本特征，通過顯示裝置，為飛行人員提供水波基本特征，以便飛行人員抉擇。本發明專利技術可以彌補肉眼觀察信息不準確和不充分的缺陷，降低飛行人員精神負擔，提升航行器的可用性，特別是清晨、黃昏、惡劣氣象及夜間航行的可行性，以及在航行器發生意外時必須著水的安全性，提升航行器的全天候能力，提升航行器的乘坐舒適性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于自動控制
，尤其涉及ー種水上飛行航行器在水面起降階段的著水控制裝置及其方法。
技術介紹
水上飛機的著水現有技術水上起降的水上飛機以及其他相關航行器如地效飛行器(為簡便起見，本文以下簡稱為“航行器”)的ー個特征是在水面上降落。水面著水日常運行面臨的主要問題在干，水不是靜止和平坦的。與陸地跑道的靜止和平坦不同，水面不僅一直在運動，而且，水的表面，尤其是海面等開闊水域，由于地球自轉、重力、海底地形和環流等影響，導致水體自身的水平和垂直 運動，水面像高山和峽谷一祥凹凸不平。此外，風的影響生成了水表的波浪。水面一直在運動。水面平整是動態的和相対的，當前的海事水文預報系統缺乏為航行器精確預報著水位置的功能，只能提供一個較大的時間段內、某一地理區域內的水域概況性預報，用于船舶等低速水面航行的需要。即便如此，在世界范圍內現有的預報技術手段而言，滿足飛機水面起降需求、即在時間和區域兩方面均為較精確的水波預報仍然十分困難。因此，水上運行與陸地起降的本質區別在于，水面著陸時沒有事先知曉的ー個固定的機場，沒有一條事先知曉的固定跑道，更無法利用地面跑道上所標定的接地點區域指示裝置來完成安全接地。在大多數情況下，尤其是海洋水面飛行情況下，事先無法進行精確的水面情況預報。于是，至目前為止，在世界范圍內，水面飛行時，航行器在飛抵目的地水域吋，主要依賴飛行人員自行尋找平整水面，自行決定著水方向，以及最合適的接水點，完成著水過程。航行器著水過程中，威脅最大的水波是重力波。根據海洋學定義，重力波主要是周期為4秒-30秒之間的風浪、涌浪和近岸浪三種。風浪是指本地風カ所致的水波，涌浪是由外地風カ所致的水波，現實世界中的水波是風浪和涌浪的復合體，例如近岸浪就是風浪和涌浪在近岸過程中，因水深急劇減少直至終止的陸地限制，水的運動能量驟集，造成水波波高的聚增。沖浪運動就是利用了這種近岸浪的巨浪效果。對于航行器的著水而言，水波的波高只是威脅著水安全的ー個因素，更重要的威脅是水波的波長。同等波高的條件下，波長越短，對航行器的威脅越大。為了安全著水，必須首先確定著水區域的水波波長，以防航行器著水時被水波顛覆。其次，掌握風浪和涌浪各自的傳播方向，選擇在風浪水波上著水，還是在涌浪水波上著水。第三，最后抉擇具體的著水點。當前，航行器如上的水面著水過程，通過飛行人員的人工判斷、個人經驗和具體操作技能來實現。美國聯邦航空管理局的FAA-H-8083-23《水上飛機、滑撬飛機、浮子/滑撬直升機運行手冊》中具體規定了這種人工操作技術(以下簡稱FAA-H-8083-23 )，包括水面平整度情況的觀察方法和決斷過程、航向和著水點的選擇等具體技巧。因為需要飛行人員肉眼觀察和人工操作，FAA-H-8083-23強調指出，對于水域情況復雜的水面，尤其是外海的遼闊海面，在這種場合里著水十分危險。因為需要肉眼觀察尋找合適的著水區域，FAA-H-8083-23強調指出，航行器在夜間著水也是十分危險的。以上兩大危險極大地限制了航行器實際使用范圍和出航能力。即便是白晝時間，FAA-H-8083-23指出，水面霧氣大或者云底高很低時，都會造成能見度不佳，直接影響觀測的準確性；即便在睛朗的白晝里，由于水面強烈的陽光反射效果，也會導致飛行人員的誤判。這些限制不僅提高了日常飛行的難度，也増加了培訓飛行人 員的成本。但是，水面運行的航行器若是作為一種運輸工具，必須具備“全天候”的運行能力，尤其是我國已經著手研發大型水上飛機和大型地效飛行器，滿足國家應急體系建設之需。這些大型航行器的“全天候”運行，是完成應急任務的必備能力。綜上所述，為了使這類航行器具有“全天候”運行能力，就必須實現在各種條件下的著水能力、降低飛行人員的操作需求和培訓成本。必須基于科學原理，由自動化技術來實現著水控制方法，由此設計裝置及其系統，提升這類航行器的實用性。解決問題的難點陸地機場的機場區域、跑道航向以及跑道的接地點區域標識都是在機場設計之初，通過對當地地理位置和環境的長年數據分析而確定的恒定值。飛行人員著陸時，根據官方公布的、經過試飛驗證過的飛行程序，在地面塔臺指揮人員的引導下，通過儀表著陸系統或是衛星定位系統的自動化引導實施著陸，保障了現代陸地起降的飛機具有全天候能力，使得航空運輸不斷普及和可持續性發展。但是對于水上著陸，仍如100年前航空起步階段那樣，一切都要飛行人員自行和臨時判別，非常原始。根據2007年版的最新FAA-H-8083-23程序首先，在任務所需著陸的區域里，飛行人員在150(Γ2000英尺高空上平飛，觀察水面，確定本區域的平整水域，作為著水區域的選擇。其次，將飛機降低到500英尺高度上，詳細觀察此水域中的風浪、涌浪和近岸浪狀況，選定著水航向，例如順波著水，還是頂波著水，與主浪群的波動方向的夾角；第三，進ー步下降高度到100英尺高度，保持平飛，核對上述觀察結果是否正確，決定具體的著水點。最后，實施著水。必須有一種可靠的技術解決手段，方便飛行人員根據FAA-H-8083-23的指導原貝ij，根據水的平整度來選擇合適的著水區域，這相當于確定陸地的著陸機場；之后，確定與水波的夾角關系，即著水的航向，這相當于確定陸地機場的某一條具體的跑道；第三，根據水波的波長特征，確定一個合適的著水點，這相當于建立陸地機場跑道上的著陸接地點。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術的目的在于提供了ー種水上飛行航行器的著水控制裝置；本專利技術的另ー目的在于提供這種水上飛行航行器的著水控制方法。本專利技術的專利技術目的是通過如下技術方案實現的。ー種水上飛行航行器的著水控制裝置，包含數據采集裝置，處理模塊，顯示器和告警器，所述數據采集裝置包含提供基于飛機平臺的水面高度測量數據的無線電高度表，所述處理模塊包含應用算法模塊，將無線電高度表所提供的高度測量數據輸入處理模塊，通過應用算法模塊計算出水波信息，水波信息送至顯示器和告警器。所述數據采集裝置還包括提供解算當前飛行軌跡所需參數數據的航空大氣數據傳感器和提供飛機當前姿態數據的航空慣性傳感 器。所述處理模塊還包括提供航行器的飛行性能數據和使用條件的內置于計算機平臺的航行器飛行性能模塊，內置于計算機平臺的、航行器著水控制方法的各類應用程序軟件模塊，基于海洋學的水波模型模塊。水波模型模塊包括與水域地理位置特征相關的風浪、涌浪、近岸浪，以及其他相關水波數學模型。所述水上飛行航行器的著水控制裝置與航行器的飛行控制系統和發動機控制系統相交聯。航行器的顯示器，它可以是高端的大型彩色顯示器，也可以是較簡易的機電式刻度表盤。航行器告警器，它可以是高端的、具有合成語音和不同音調的告警系統，也可以是低端的蜂鳴器。這種水上飛行航行器的著水控制方法包括以下步驟步驟ー飛行人員操縱航行器在一定高度上保持平飛，無線電高度表開始連續獲取水面的高度信息；步驟ニ處理模塊計算平均水平面信息，將平均水平面與初始值和結束值時間間隔的兩端數據進行比較，得出這個平均水平面的傾斜度；基于平均水平面信息，計算得到水波的高度差信息，由此得到浪峰和浪谷數據；通過比較高度差的性質，識別風浪、涌浪還是近岸浪；通過計算相鄰浪峰的時間差，得到波長數據；根據相應的模型公式，得到波速信息；步驟三處理模塊將步驟ニ計算出的信息送至顯示器和告警器。進本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水上飛行航行器的著水控制裝置，包括數據采集裝置，處理模塊，顯示器和告警器，其特征在于，所述數據采集裝置包含提供基于飛機平臺的水面高度測量數據的無線電高度表，所述處理模塊包含應用算法模塊，將無線電高度表所提供的高度測量數據輸入處理模塊，通過應用算法模塊計算出水波信息，水波信息送至顯示器和告警器。

【技術特征摘要】
1.ー種水上飛行航行器的著水控制裝置，包括數據采集裝置，處理模塊，顯示器和告警器，其特征在于，所述數據采集裝置包含提供基于飛機平臺的水面高度測量數據的無線電高度表，所述處理模塊包含應用算法模塊，將無線電高度表所提供的高度測量數據輸入處理模塊，通過應用算法模塊計算出水波信息，水波信息送至顯示器和告警器。2.根據權利要求I所述的ー種水上飛行航行器的著水控制裝置，其特征在于，所述數據采集裝置還包括提供解算當前飛行軌跡所需參數數據的航空大氣數據傳感器和提供飛機當前姿態數據的航空慣性傳感器。3.根據權利要求I所述的ー種水上飛行航行器的著水控制裝置，其特征在于，所述處理模塊還包括提供航行器的飛行性能數據和使用條件的內置于計算機平臺的航行器飛行性能模塊，內置于計算機平臺的、航行器著水控制方法的各類應用程序軟件模塊，基于海洋學的水波模型模塊。4.根據權利要求3所述的ー種水上飛行航行器的著水控制裝置，其特征在干，所述水波模型模塊包括與水域地理位置特征相關的風浪、涌浪、近岸浪，以及其他相關水波數學模型。5.根據權利要求I所述的ー種水上飛行航行器的著水控制裝置，其特征在于，所述水上飛行航行器的著水控制裝置與航行器的飛行控制系統和發動機控制系統相交聯。6.根據權利要求I所述的ー種水上...

【專利技術屬性】
技術研發人員：顧世敏，
申請(專利權)人：中國航空無線電電子研究所，
類型：發明
國別省市：