创新促创业: 飞机安全迫降辅助系统的实例

1.所属技术领域

本发明属于航空飞行器安全降落技术领域,涉及一种飞机安全迫降辅助装置。

2.背景技术

在民航事故中,飞机因起落架故障、无法正常降落而导致的空难占据了相当大的比例。当起落架出现故障时,飞机着陆瞬间底部外壳与地面刚性接触,因强烈摩擦,可能造成机毁人亡。针对此类问题,大多数机场会命令飞机在草坪迫降,并采取喷洒阻燃泡沫等措施来避免事故发生。美国等国家通过在机场某区域设置飞机拦阻系统,对迫降飞机实施安全拦阻,缩短其滑行距离。但主要针对军用飞机,且飞机拦阻系统本身无法活动,对不同型号的飞机拦停效果差异较大,同时对飞机本身存在一定的损害。

一种可移动的迫降平台,通过控制迫降平台的运动来实现与迫降飞机的安全结合,从而消除迫降飞机与着陆地面的摩擦。但未考虑承接飞机后动力不足的问题,且由于迫降平台速度过高、路线不固定,可能对机场人员及设施的安全存在较大的威胁。针对以上问题,本发明提出一种飞机安全迫降辅助系统,以消除摩擦对飞机造成的损害,同时在最短时间内辅助飞机完成迫降。

3.发明内容

(1)系统基本构成。飞机安全迫降辅助系统主要由起落架车1、地下导轨系统5和控制中心6三部分组成。

起落架车1主要包括拦阻系统、通信系统、检测系统、迫降平台3和滑行装置4。拦阻系统借鉴军事上应用的网索混合式固定拦阻装置(飞机拦阻装置2),安装于起落架车1的后半部分。考虑到迫降平台3长度有限,可设置两套拦阻装置,以保证成功拦阻迫降飞机。通信系统内置于迫降平台3中,主要用于对起落架车1进行定位,以及与控制中心6的通信。检测系统包括温度、压力传感器,摄像头等检测装置,对起落架车1的运行状况进行实时监测。迫降平台3的尺寸应大于飞机外形尺寸,表面跑道铺设导航灯,并在其前半部分设有弹性缓冲装置及上百个小安全气囊。迫降平台3两侧设有两排车轮,并连接滑行装置4。

(2)滑行装置4与地下导轨系统5使起落架车1能在极短时间内迅速加速到飞机迫降时的速度范围。滑行装置4即弹射系统中活塞与牵引器的联合体;地下导轨系统5即蒸汽弹射系统的其他部分,它可通过控制中心6发射控制信号来控制蒸汽的流量变化,从而控制滑行装置4的速度。地下导轨系统5可安装在机场周围的草坪中,不占据机场的跑道。考虑到飞机质量很大,导轨应比航空母舰上的长。

(3)控制中心6由机场人员进行操作,通过雷达、计算机等设备对飞机、起落架车1进行监控,结合前两者的运动状况对地下导轨系统5发出控制命令,同时为迫降飞机提供起落架车1的速度和位置,帮助其进行定位,实现飞机与起落架车1的顺利对接。

本发明的有益效果是:将复杂的事情简单化,采用以柔克刚的方式启动、对接、减速、分离四个步骤化险为夷。

4.附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

(1)图1-4(a)是起落架车基本构造示意图。

(2)图1-4(b)是飞机安全迫降辅助系统工作过程示意图。

(3)图1-4(c)是迫降过程三维示意图。

图1-4 一种飞机安全迫降辅助系统(www.xing528.com)

图1-4 一种飞机安全迫降辅助系统(续)

(a)起落架车基本构造示意图;(b)飞机安全迫降辅助系统工作过程示意图;(c)迫降过程三维示意图

三个图依次为启动过程、对接过程、减速过程。

5.具体实施方式

下面对飞机安全迫降辅助系统的具体工作过程做进一步地说明。

(1)启动过程。当迫降飞机与起落架车1的水平距离为D1时,飞机安全迫降辅助系统根据机型、机场情况等因素,测算出较为适合的对接区域,保证迫降飞机与起落架车1几乎同时到达对接区域,并在到达时飞机能够降落至设定高度H,速度大小保持在v1,同时起落架车1速度稳定在v2。飞机安全迫降辅助系统根据计算结果,向飞机发出命令,告知其对接区域以及降落至设定高度H并将速度降至v1。同时向地下导轨系统5发出控制信号,使其释放相应的蒸汽量,推动起落架车1迅速加速。

(2)对接过程。当迫降飞机与起落架车1都以设定速度达到对接区域时,则进入对接阶段。控制中心6控制起落架车1开启导航灯与安全气囊。飞机应降低高度,近乎垂直地降落在迫降平台3。但由于实际情况较为复杂,飞机不可能每次都相对静止地降落在起落架车1上,并且起落架车1要承受飞机对其垂直方向上较大的冲击载荷。因此安全气囊与拦阻系统的应用十分必要。对接过程中,起落架车1的实际速度将有一定变化,因此需要检测系统实时监测迫降飞机、起落架车1的相对运动状态、摩擦力等,保证两者的相对静止。

(3)减速过程。控制中心6通过检测系统提供的摩擦系数、静摩擦力等数据,以及知识库中关于拦阻系统有效阻力等信息,测算出两者保持静止状态的反向加速度范围,控制地下导轨系统5的蒸汽流量,从而使两者在保证安全的前提下以最短时间减速停车。考虑到控制效果的时滞性,由于迫降飞机质量较大,有时因惯性可能会相对起落架车1向前滑动,检测系统将该情况通过通信系统反馈给控制中心,由控制中心6调整地下导轨系统5蒸汽流量。同时,第二套拦阻装置也可对其进行有效拦截,以免由于控速滞后或出现故障而造成飞机滑出起落架车1。

★链 接

史上最为著名的客机迫降

现代客机速度快、机身重,常规起降所需的滑行距离很长,且到了需要迫降的时候,飞机本身往往已遭遇不少意外,诸多不利条件使迫降充满了风险,成功的概率微乎其微。喷气式客机的时速往往高达800千米,一旦出现意外,迫降的成功率是很低的。而现代大型客机上往往载有上百甚至几百名乘客,坠机的后果可想而知。正因如此,许多突逢变故的民航客机机长,会竭尽全力设法成功迫降,以尽量挽救乘客和机组人员的生命。

最有名的客机迫降,是2009年1月15日全美航空1549号航班所创造的“哈德逊河奇迹”。当天,这架属于全美航空公司的空客A320客机由机长切斯利·沙林伯格三世驾驶,从纽约拉瓜迪亚机场起飞,准备执行经夏洛特道格拉斯机场,至西雅图塔科马机场的1549号航班任务。起飞时间是15时26分左右,起飞仅1分钟,机长就发现飞机两个引擎均遭到飞鸟撞击,丧失全部动力,要求掉头折返。但机长在获准折返后却发现方向系统失灵,飞机根本无法掉头,只得再次呼救,被塔台紧急引导,准备飞往前方不远的新泽西州泰特伯勒机场备降。但此时飞机高度不断下降,机长经计算后得出结论——根本无法安全抵达泰特伯勒机场,而周围都是人烟稠密的都市区,唯一空旷的备降场地,就是贯穿纽约市区的哈德逊河。他立即紧急通告塔台,自己准备在哈德逊河上迫降。

随后机长在通信完全中断的情况下,操纵丧失动力的庞大飞机小心翼翼地滑行至哈德逊河道上空,首先让机尾入水,随后用机腹触水滑行,并缓缓在河面上停住。飞机刚停下,机长便从容指挥乘客按照先妇孺后男子的顺序有序快速撤离,自己反复检查客舱两遍,确信空无一人后才最后撤退,尽管机身此时已开始下沉,但所有乘客和机组人员都有秩序地站在机翼或紧急充气救生滑梯上等候救援。附近目睹这一场面的船只纷纷驶来救援,7分钟后,警方和消防队赶到。在迅速周密的救援下,全体乘员都被救起,无一人死亡。

事后人们总结,“哈德逊河奇迹”之所以能够出现,原因是多方面的。首先,机长系战斗机飞行员出身,又曾多次参与美国国家运输安全委员会(NTSB)协助调查飞机失事事故工作,还曾在加州大学伯克利分校教授灾难危机管理学,飞行经验、应急处理能力都首屈一指;其次,乘客在机组人员组织下遇变不慌、有序撤离,延缓了飞机沉入河底的时间,争取了宝贵的自救机会;第三,河上船只、附近的警方和消防队没有被突如其来的变故弄得不知所措,纷纷作出了当时情况下最合适的反应。

6.技术创业看技术

本发明受地下导轨系统长度、机场大小的限制,要求起落架车必须在较短的时间和距离内实现飞机的安全迫降。因此,控制中心需要具备较为合理的控制系统。

能否从空难中幸存,取决于飞机最初的冲击力和机上人员的疏散速度。人们的生命是很宝贵,但是现在的飞机应急措施还不是很健全,上述实例为我们提供了一个解决问题的突破口。