Технические науки/4. Транспорт

К.т.н. Волощенко В.Ю.

Технологический институт Южного федерального университета в г. Таганроге (ТТИ ЮФУ), Россия

К вопросу о повышении безопасности взлетно-посадочных технологий на акватории летного бассейна гидроаэродрома

Национальная транспортная сеть России, в частности, ее внутренняя и шельфовая водная транспортная система, позволяет осуществить перспективный вариант социально-экономического развития регионов страны за счет расширения эксплуатационно-транспортных возможностей составляющих ее естественных и искусственных водоемов (реки, озера, водохранилища, морской шельф). Наличие крупных рек, впадающих в мелководные моря Арктического шельфа и юга страны, озер и водохранилищ, позволяет в дополнение к имеющемуся сезонному судоходству сформировать сеть круглогодичных гидроаэродромов долговременного базирования и речных трасс амфибийной транспортной системы страны, увязывающих пассажирские и грузовые потоки различных видов транспорта [1]. Важной составной частью обслуживания инфраструктуры гидроаэродрома является мониторинг водного объема взлетно-посадочной полосы летного бассейна с помощью гидроакустических средств ближнего подводного наблюдения, что позволит своевременно обнаруживать опасные притопленные объекты, дистанционно измерять глубины акватории и получать информацию о состоянии водной поверхности летного бассейна, фиксировать скрытные проникновения и т.д. В настоящее время отсутствует как специальная гидроакустическая аппаратура для подводного наблюдения на мелководной прибрежной акватории (размеры взлетно-посадочной полосы: длина ~2500 м, ширина ~200 м, глубина~от 3м до 6м), так и соответствующая служба обеспечения гидроакустического мониторинга, что снижает безопасность как базирования, так и маневрирования при взлете и посадке днищевых гидросамолетов. Например, в [2] обнаружение притопленных объектов, расположенных вблизи протяженной отражающей границы раздела «вода-воздух» на акватории летного бассейна, предполагается осуществлять с борта судна на воздушной подушке с помощью гидролокатора, снабженного «традиционной» приемоизлучающей интерференционной антенной. Однако в силу особенностей формирования ультразвукового поля интерференционной антенной гидролокатора (протяженная «ближняя» зона дифракции, значительный уровень дополнительных максимумов в характеристике направленности (ХН), «моночастотное» излучение и прием), а также условий проведения горизонтального эхопоиска (граничная и объемная реверберационные помехи, аэрация приповерхностного слоя, отсутствие стабилизации ХН антенны в пространстве при ветровом волнении, значительный уровень шумов механизмов и т.д.) применение однопозиционной схемы определения местоположения подводных объектов является неэффективным.

Указанные выше причины низкой безопасности взлетно-посадочных операций, предусмотренных при эксплуатации днищевых гидросамолетов и выполняемых экипажем в штатном режиме, могут быть устранены при осуществлении мероприятий как организационного, так и технического характера, к которым следует отнести развертывание сети гидроаэродромов долговременного базирования, в штат обслуживания которых входит гидроакустическая служба обеспечения, а также проектирование и изготовление специальной гидроакустической аппаратуры, размещаемой на береговых постах, антенные приемоизлучающие устройства [3] которой стационарно установлены на дне акватории мелководного летного бассейна значительных поперечных размеров, что в совокупности образует многопозиционную систему подводного наблюдения [4]. Отметим преимущества предлагаемого варианта: 1) отсутствие жестких габаритных ограничений позволяет выполнить антенное приемоизлучающее устройство из одинаковых электроакустических преобразователей, акустические оси которых равномерно распределены в полупространстве и выходят из одной точки, являющейся центром полусферы, поверхность которой и аппроксимируют плоскости апертур электроакустических преобразователей (рис.1);

Рис. 1. Конструкция приемоизлучающего донного антенного устройства [3]

Рис. 2. Схема расположения устройств [3] на дне акватории [4 ]

2)для осуществлении эхопоиска на мелководье донное приемоизлучающее антенное устройство обеспечивает уникальные условия подводного наблюдения: в угломестной плоскости – в узком угловом секторе, а в азимутальной – в широком (оптимальным является круговой обзор), причем, положение в угломестной плоскости узкого углового сектора наблюдения при сохранении кругового обзора может изменяться от направления «параллельно» до направления «нормально» относительно границы раздела «вода-воздух» («зонтичная» ХН); 3) конструкция антенного устройства позволяет осуществлять эхопоиск в окружающем водном пространстве:- квантованный по телесным секторам в полусфере, что осуществляется за счет заданной схемы распределения рабочих циклов «излучение-прием» электроакустических преобразователей и многоканального построения как излучающих, так и приемных трактов гидроакустической аппаратуры многопозиционной системы; 4)пространственное расположение приемоизлучающих электроакустических преобразователей, акустические оси которых разнесены на угол, обеспечивающий перекрывание на заданном уровне (0,9; 0,8; 0,7 и т.д.) главных максимумов соседних ХН, позволяет при использовании многоканального коммутатора осуществлять пространственное перемещение направления эхопоиска как в азимутальной, так и угломестной плоскостях (электронное сканирование за счет переключения преобразователей); 5)отсутствие необходимости использования диаграммо-формирующих радиотехнических устройств (линии задержки, фазовращатели) упрощает структуру, увеличивает надежность работы и к.п.д. каждого из электронных трактов гидроакустической аппаратуры как в излучении, так и в приеме; 6)расположение устройств на дне акватории позволяет подключать их в необходимой последовательности, что определяется выполнением поставленной задачи, например, проведение ультразвукового зондирования водного объема взлетно-посадочной полосы (рис.2: 1-взлетно-посадочные полосы («озвучиваемая» заштрихована), 2-летный бассейн в масштабе, 3-направление ветра; 4-антенные устройства, концентрические окружности – дальность действия на разных частотах); осуществление текущего эхопоиска на периметре летного бассейна гидроаэродрома; пассивный режим наблюдения дальней подводной обстановки в шельфовой зоне, примыкающей к акватории и т.д.; 7)уменьшение уровней акустических шумов; 8)стабилизация положения в пространстве «веера» основных лепестков ХН электроакустических преобразователей, объединенных в антенное устройство; 9)дистанционное получение информации о состоянии водного объема (глубина, направление и скорость течения водных масс), границы раздела «вода-воздух» (высота, скорость и направление движения ветровых волн – режим волнографа), границы раздела «вода-лед» (толщина льда – режим эхоледомера) в различных точках акватории; 10)упрощение условий замены, обслуживания и ремонта антенных устройств при выходе из строя отдельных электроакустических преобразователей; 11)осуществление гидроакустического подводного наблюдения на акватории летного бассейна на постоянной основе не только в активном, но и в пассивном режиме работы аппаратуры.

Перспективным подходом к конструированию многочастотного донного устройства [3] и разработке локационных устройств многопозиционной системы [4] является практическое использование нелинейных эффектов, возникающих в водной среде, в результате которых энергия мощной акустической волны накачки перераспределяется по спектру. Известна акустическая локационная система ближнего действия [5], в которой эффект самовоздействия, возникающий в результате нелинейного изменения упругих свойств водной среды в приосевой области пучка мощной волны накачки с частотой , проявляется в искажении формы ее волнового профиля при распространении к рассеивающей поверхности, т.е. генерации высших гармонических составляющих с частотами Устройство позволяет получить оператору в результате обработки в - канальном приемном тракте нескольких вторичных гидроакустических полей, образованных рассеянными колебаниями кратных частот, большой объем первичных данных о подводной обстановке одновременно на нескольких частотах. Еще большего расширения рабочего диапазона частот приемоизлучающих антенных модулей можно достигнуть, если использовать для возбуждения каждого того электроакустического преобразователя, где , «индивидуальный» бигармонический электрический сигнал с частотами , находящимися в его полосе пропускания, т.е. для каждого из направлений эхопоиска использовать параметрический режим генерации зондирующих полигармонических сигналов, включающих «оригинальные» наборы низкочастотных и высокочастотных спектральных составляющих, формирующихся в нелинейной водной среде при распространении мощных сигналов накачки с частотами [6]. Многопозиционная система подводного наблюдения [4] на мелководной акватории летного бассейна, снабженная локаторами с параметрическими излучающими трактами и «всенаправленными» приемоизлучающими донными антенными устройствами [3], позволяет осуществлять в окружающем водном пространстве эхопоиск квантованный по направлениям в пределах телесных секторов в полусфере, каждый из которых может быть «индивидуально частотноокрашен» за счет заданной схемы распределения частот излучаемых сигналов накачки , рабочих циклов «излучение-прием» электроакустических преобразователей, выбора частоты принимаемого эхосигнала (, и многоканального построения приемных трактов гидроакустической аппаратуры.

Литература:

1. Соколянский В.П., Морозов В.П., Долгополов А.А., Захарченко Ю.А. Амфибийная летательная и транспортная техника для труднодоступных регионов России // Сб. докладов VII научной конференции по гидроавиации «Гидроавиасалон-2008», ч.10-17.- М.: ЦАГИ, 2008. – С.96 - 101.

2. Пат. 2093428 РФ МКИ В 64F 1/00 Способ подготовки гидроаэродромов для выполнения взлета и посадки гидросамолетов / Тоцкий О.Н. и др., Опубл. 20.10.1997, Бюл. №29 – 4 с.

3. Пат. №104732 РФ G01S 15/00, H04R 1/44 Многочастотное гидроакустическое приемоизлучающее антенное устройство / Волощенко В.Ю. и др.; Опубл. 20.05.2011, Бюл №14. – 2 с.

4. Волощенко В.Ю. и др. Способ подготовки летного бассейна гидроаэродрома для выполнения взлета и приводнения гидросамолета // Пол. решение от 19.04.2012 о выдаче патента на изобретение по заявке №2011112733/11(018847).

5. Пат. № 75060 РФ G01S 15/00 Акустическая локационная система ближнего действия / Волощенко В.Ю. и др. - Опубл. 20.07. 2008, Бюл №20. – 6 с.

6. Волощенко В.Ю., Тимошенко В.И. Параметрические гидроакустические средства ближнего подводного наблюдения (ч.1) - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. -294с.