RU2128133C1

RU2128133C1 - Method of approach and docking of flying vehicles in flight and complex of on-board systems for realization of this method

Info

Publication number: RU2128133C1
Application number: RU96118831/28A
Authority: RU
Inventors: Ю.К. Григорьев
Original assignee: Григорьев Юрий Константинович
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 1999-03-27

Abstract

FIELD: approach and docking of spacecraft and/or aircraft in flight. SUBSTANCE: in the course of approach vehicles are connected mechanically by means of flexible couplings. Flexible couplings are used for determination of relative position and drawing the vehicle towards each other. Free ends of flexible couplings are delivered by means of controllable and non-controllable transport facilities. Controllable transport facilities are made on base of wire-controlled rocket projectiles equipped with homing heads and anchor device. Non-controllable transport facility is made in form of anchor with palms extended in case of collision with obstacle. Anchor is thrown by harpoon gun. Upon completion of flight, transport facilities are caught by flexible nets, decelerated and secured. Then flexible couplings are made taut and are used for determination of coordinates of flying vehicles relative to each other, drawing them together and forming composite flying vehicle. EFFECT: enhanced reliability of approach and docking. 11 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к способам и устройствам, обеспечивающим сближение и стыковку летательных аппаратов друг с другом. The invention relates to methods and devices for approaching and docking aircraft with each other.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является способ и устройство для стыковки в полете летательных аппаратов. Closest to the invention in terms of essential features is a method and device for docking in flight aircraft.

Известный способ сближения и стыковки летательных аппаратов заключается в их взаимном поиске, сближении и соприкосновении свободного конца гибкой связи одного из них с другим, которые выполняются с использованием их двигателей и/или органов управления, причем с борта одного из них запускают управляемое средство доставки свободного конца гибкой связи, которое при приближении ко второму летательному аппарату притормаживают, улавливают и закрепляют на борту второго летательного аппарата (DE 3644125 A1, B 64 D 5/00, 1987). A known method of rapprochement and docking of aircraft consists in their mutual search, rapprochement and contact of the free end of the flexible connection of one of them with the other, which are performed using their engines and / or controls, and from the board of one of them launch a controlled means of delivery of the free end flexible communication, which, when approaching the second aircraft, is braked, caught and fixed on board the second aircraft (DE 3644125 A1, B 64 D 5/00, 1987).

Устройство для реализации известного способа содержит бортовую аппаратуру для определения их взаимного положения, соединенную с органами управления полетом, и гибкие связи, свободные концы которых снабжены механизмами стыковки летательных аппаратов между собой, причем один из летательных аппаратов снабжен механизмами для улавливания, торможения и закрепления гибких связей на этом летательном аппарате. (DE 3644125 A1, B 64 D 5/00, 1987). A device for implementing the known method comprises on-board equipment for determining their relative position, connected to flight controls, and flexible connections, the free ends of which are equipped with mechanisms for connecting aircraft to each other, and one of the aircraft is equipped with mechanisms for capturing, braking and fixing flexible connections on this aircraft. (DE 3644125 A1, B 64 D 5/00, 1987).

Недостатком известных способа и устройства является невозможность передачи людей и грузов, а также доставки одного летательного аппарата другим к месту приземления. A disadvantage of the known method and device is the inability to transfer people and goods, as well as the delivery of one aircraft to another to the landing site.

Техническим результатом, для достижения которого предназначены изобретения, является обеспечение контактирования и соединения летательных аппаратов друг с другом фюзеляжами с образованием составного летательного аппарата. The technical result, which is intended to be achieved by the invention, is to provide contact and connection of aircraft with each other by the fuselages with the formation of a composite aircraft.

Указанный результат достигается тем, что при сближении и соединении летательных аппаратов друг с другом используются гибкие связи. На этапе предпосадочного приведения и сближения используется приводная гибкая связь, а при их притягивании и соединении буксирная гибкая связь. Гибкие связи одним концом закреплены на присоединяемом летательном аппарате, а их свободные концы соединены с летающими транспортными средствами: управляемом с приводной гибкой связью и неуправляемым с буксирной гибкой связью - доставляемыми на самолет, где они и закрепляются. После доставки приводной связи ее натягивают и используют для определения взаимного положения летательных аппаратов, так как она является гипотенузой прямоугольных треугольников, образуемых ею с осями летательных аппаратов. Сближение летательных аппаратов заканчивается их синхронным полетом друг над другом, при котором присоединяемый летательный аппарат как бы зависает над самолетом, занимает определенное положение и из метательного устройства выстреливает неуправляемое транспортное средство-якорь с буксирной гибкой связью в самолет. Захват и закрепление якоря, притягивание и присоединение летательных аппаратов друг с другом производится механизмом, перемещающим бесконечную ленту-сетку и расположенным под окном в фюзеляже самолета. This result is achieved by the fact that when approaching and connecting aircraft with each other, flexible connections are used. At the pre-landing stage and approach, the drive flexible connection is used, and when they are attracted and connected, the towing flexible connection. Flexible connections are fixed at one end to an attached aircraft, and their free ends are connected to flying vehicles: controlled with a drive flexible connection and unmanaged with a towing flexible connection - delivered to the plane, where they are fixed. After delivery of the drive connection, it is pulled and used to determine the relative position of the aircraft, since it is the hypotenuse of the right-angled triangles formed by it with the axes of the aircraft. The rapprochement of aircraft ends in their synchronous flight one above the other, in which the attached aircraft hangs as it were above the plane, occupies a certain position and fires an uncontrolled anchor vehicle with flexible towing link into the plane from the propelling device. Capturing and securing the anchor, pulling and connecting the aircraft with each other is done by a mechanism that moves an endless ribbon-grid and located under the window in the fuselage of the aircraft.

На фиг. 1, фиг. 2 и фиг.3 изображено положение летательных аппаратов и гибких связей, их соединяющих при сближении, приведении и притягивании соответственно. In FIG. 1, FIG. 2 and 3 depict the position of the aircraft and the flexible connections connecting them when approaching, bringing, and attracting, respectively.

На фиг. 4 изображены летательные и пусковые устройства присоединяемого летательного аппарата, а также ловитель с закрепленным в нем управляемом средстве доставки и механизм притягивания в момент попадания в него неуправляемого якоря. In FIG. 4 shows the flying and launching devices of the attached aircraft, as well as a catcher with a controlled delivery vehicle fixed in it and a pulling mechanism when an uncontrolled anchor enters it.

На фиг. 5 изображена блок-схема комплекса устройств, установленных на присоединяемом летательном аппарате и на самолете. In FIG. 5 shows a block diagram of a set of devices installed on an attached aircraft and on an airplane.

Способ сближения и соединения летательных аппаратов в полете с использованием гибких связей выполняется следующим образом. The method of rapprochement and connection of aircraft in flight using flexible connections is as follows.

После того, как они предварительно сблизятся с использованием навигационных, например радиолокационных средств, головка самонаведения и дальнометрирования управляемого транспортного средства, установленного на присоединяемом летательном аппарате, используя сигналы, посылаемые с самолета, определяет дальность до него и момент пуска управляемого средства. Обгоняя присоединяемый летательный аппарат, управляемое транспортное средство разматывает и натягивает приводную гибкую связь, и летательный аппарат приближается к самолету уже ориентируясь на ее положение. В полете транспортное средство при помощи головки самонаведения определяет направление, дальность до излучателя и момент выключения двигательной установки транспортного средства при подлете к самолету. При попадании в ловитель лапы его якорного устройства раскрываются и закрепляют управляемое средство на самолете. По мере сближения летательных аппаратов, выбирая при помощи лебедки слабину, гибкую связь натягивают, измеряют ее параметры и, используя их, определяют положение относительно друг друга. Затем они сближаются и переходят в синхронный полет, при котором присоединяемый летательный аппарат как бы зависает над самолетом, маневрируя занимает определенное положение и выстреливает неуправляемый якорь с буксирной гибкой связью в механизм притягивания, установленный на самолете. Пролетев через окно в фюзеляже самолета и попав в его механизм притягивания, лапы неуправляемого якоря раскрываются и закрепляют его в механизме. После чего согласованно работая, механизм притягивания и лебедка выбора слабины за соответствующие гибкие связи горизонтируют, притягивают летательные аппараты друг к другу и соединяют, образуя составной летательный аппарат. After they first come closer using navigation, for example, radar tools, the homing and ranging head of a controlled vehicle mounted on an attached aircraft, using signals sent from the aircraft, determines the distance to it and the moment of launch of the controlled vehicle. Overtaking the attachable aircraft, the controlled vehicle unwinds and pulls the flexible drive connection, and the aircraft approaches the aircraft already being guided by its position. In flight, the vehicle, using the homing head, determines the direction, range to the emitter and the moment the vehicle’s propulsion system is turned off when approaching the aircraft. When the paws of its anchor device fall into the catcher, they open and fix the controlled tool on the plane. As the aircraft approaches, choosing a slack with a winch, pull a flexible connection, measure its parameters and, using them, determine the position relative to each other. Then they come together and go into synchronous flight, in which the attached aircraft hangs as it were above the plane, maneuvering in a certain position and fires an uncontrolled anchor with a towing flexible link into the attraction mechanism mounted on the plane. Flying through a window in the fuselage of the aircraft and falling into its mechanism of attraction, the legs of an uncontrollable anchor open and fix it in the mechanism. After that, working in concert, the pull mechanism and winch for choosing slack for the corresponding flexible connections are level, attract aircraft to each other and connect, forming a composite aircraft.

Способ сближения и соединения находящихся в полете космического летательного аппарата 1 с самолетом 2 осуществляется при помощи гибких связей, одна из которых используется при их сближении в качестве привода 3, а другая в качестве буксира 4 при соединении летательных аппаратов. На космическом летательном аппарате 1 установлены пусковое 5 и метательное 6 устройства, соответственно заряженные управляемым реактивным снарядом 7 с приводной гибкой связью 4, а на самолете 2 механизмы, один из которых 9 улавливает снаряд 7, а другой 10 улавливает якорь 8 и за буксир 4 притягивает летательные аппараты друг к другу. The method of approaching and connecting the in-flight spacecraft 1 with the aircraft 2 is carried out using flexible connections, one of which is used when approaching them as drive 3, and the other as a tug 4 when connecting aircraft. Launch 5 and missile 6 devices are installed on the spacecraft 1, respectively charged with a guided missile 7 with flexible drive connection 4, and on the plane there are 2 mechanisms, one of which 9 catches the projectile 7, and the other 10 catches the anchor 8 and attracts the tug 4 aircraft to each other.

Пусковое устройство 5 снабжено механизмом натяжения 11 приводной гибкой связи 3 и датчиками измерения ее параметров: наклонов по крену 12, азимуту 13 и углу места 14, длины 15 и усилия натяжения 16. Датчики через командно-решающий аппарат 17 соединены с механизмом натяжения 11, органами управления полетом 18 космического летательного аппарата 1 и устройством метания 6 якоря 8. Управляемый снаряд 7 содержит головку самонаведения и дальнометрирования 19, соединенную с его двигательной установкой 20 и органами управления полетом 21, а также якорный механизм 22, соединенный с датчиком соприкосновения 23 снаряда с ловителем 9, установленном на самолете 2. The starter 5 is equipped with a tension mechanism 11 of the drive flexible connection 3 and sensors for measuring its parameters: tilt along roll 12, azimuth 13 and elevation angle 14, length 15 and tension force 16. Sensors are connected via tension command mechanism 17 to tension mechanism 11 by organs flight control 18 of a spacecraft 1 and a throwing device 6 of the anchor 8. Guided missile 7 includes a homing and ranging 19, connected to its propulsion system 20 and flight controls 21, as well as an anchor mechanism m 22, connected to the sensor of contact 23 of the projectile with the catcher 9, mounted on an airplane 2.

Ловитель 9 снабжен излучателем 24, сигналы которого согласованы с головкой наведения 19 управляемого снаряда 7 и гасителем кинетической энергии снаряда в виде эластичной сети 25. Установленное на космическом летательном аппарате 1 устройство метания 6 состоит из пружинного механизма 26, сжимаемого якорем 8, системы наведения 27, барабана 28, на который намотан буксир 4. Барабан соединен с приводом 29 и снабжен храповиком 30 с управляемым стопором 31. Неуправляемый якорь 8 снабжен датчиком соприкосновения 32, соединенным с механизмом выдвижения его лап 33. Установленный на самолете 2 механизм улавливания и притягивания 10 неуправляемого якоря 8 выполнен по типу транспортера, движущаяся лента которого имеет вид сетки 34, а между ее верхней и нижней ветвями расположен экран 35. Кроме того, самолет 2 снабжен амортизатором 36 в виде пневмоподушки. The catcher 9 is equipped with a radiator 24, the signals of which are matched with the guidance head 19 of the guided projectile 7 and the kinetic energy damper of the projectile in the form of an elastic network 25. The throwing device 6 mounted on the spacecraft 1 consists of a spring mechanism 26, compressed by an anchor 8, guidance system 27, drum 28, on which the tug 4 is wound. The drum is connected to the drive 29 and is equipped with a ratchet 30 with a controlled stopper 31. The uncontrolled anchor 8 is equipped with a contact sensor 32 connected to the mechanism for extending its la 33. Mounted on the plane trapping mechanism 2 and pull the armature 10 unmanaged 8 is made of a conveyor type, a moving belt which has the form of a grid 34, and between its upper and lower branches is a screen 35. Further, the plane 2 is provided with a damper 36 in the form of bellows.

При сближении летательных аппаратов устройство функционирует следующим образом. When approaching aircraft, the device operates as follows.

Находящийся на космическом летательном аппарате 1 в пусковом устройстве 5 управляемый реактивный снаряд 7 при помощи своей головки самонаведения 19 осуществляет прием сигналов излучателя 24, встроенного в ловитель 9, установленный на самолете 2 и производит определение направления и дальности до него. Located on the spacecraft 1 in the launcher 5, the guided missile 7, using its homing head 19, receives signals from the emitter 24, which is integrated in the trap 9, installed on the airplane 2 and determines the direction and distance to it.

После достижения космическим летательным аппаратом 1 определенной дальности до самолета 2 по сигналу головки самонаведения 19 осуществляется запуск реактивного снаряда 7. В процессе полета снаряд 7 прокладывает приводную гибкую связь 3, соединяющую его с космическим аппаратом 1, а его головка самонаведения 19 определяет направление и расстояние до излучателя 24, управляет работой его двигателя 20 и органами управления полетом 21. After the spacecraft 1 reaches a certain distance to the plane 2, the homing missile 7 is launched by the homing signal 19. During the flight, the projectile 7 lays a flexible drive link 3 connecting it to the spacecraft 1, and its homing head 19 determines the direction and distance to emitter 24, controls the operation of its engine 20 and flight controls 21.

Полет снаряда 7 заканчивается попаданием в ловитель 9, где из него при соприкосновении хвостовой части с преградой в виде эластичной сети 25 по команде датчика 23 выдвигаются лапы якорного механизма 22. Находящийся в пусковом устройстве 5 датчик натяжения 16, реагируя на провисание привода 3, включает механизм выбора ее слабины и натяжения 11. Параметры гибкой связи 3 в натянутом состоянии измеряются датчиками: углов ее наклона относительно осей летательного аппарата 1 по крену 12, азимуту 13 и углу места 14, а также длины 15 между летательными аппаратами. Показания датчиков 12, 13, 14 и 15 передаются в командно-решающий аппарат 17, а затем на органы управления полетом 18 космического аппарата 1 и на исполнительные механизмы наведения 27 метательного устройства 6. При достижении определенной длины приводной гибкой связи 3 сближение летательных аппаратов прекращают и маневрируя переводят их в синхронный полет, при котором космический аппарат 1 зависает над самолетом 2. При достижении приводной гибкой связью 3 определенного, например вертикального, положения, при помощи системы наведения 27 метательное устройство 6 нацеливают в направлении самолета 2 и выстреливают из него неуправляемый якорь 8 с буксирной гибкой связью 4. Выталкивание якоря 8 производится при помощи предварительного сжатого привода 29 пружинного механизма 26 после отведения стопора 31 храповика 30 и освобождения барабана 28 с намотанной на него буксирной гибкой связью 4. Разматывая ее якорь 8 через окно в фюзеляже самолета 2 и верхнюю ветвь движущейся ленты 34 попадает внутрь механизма притягивания 10, где сталкивается с экраном 35. После столкновения по команде датчика соприкосновения 32 срабатывает механизм выдвижения лап 33 и якорь 8, зацепившись за ленту 33 начинает вместе с нею перемещаться и за буксирную гибкую связь 4 притягивает космический летательный аппарат 1 к пневмоподушке 36, которой оснащен самолет 2, соединяя их в единое целое для совместного полета к месту приземления. The flight of the projectile 7 ends up falling into the catcher 9, where, upon contact of the tail part with an obstacle in the form of an elastic network 25, the legs of the anchor mechanism 22 are pulled out by the command of the sensor 23. The tension sensor 16 located in the starting device 5 reacts to the sagging of the actuator 3 and turns on the mechanism the choice of its weakness and tension 11. The parameters of the flexible connection 3 in the tensioned state are measured by sensors: the angles of its inclination relative to the axes of the aircraft 1 along roll 12, azimuth 13 and elevation 14, and also the length 15 between the aircraft ami. The readings of the sensors 12, 13, 14 and 15 are transmitted to the command and decision apparatus 17, and then to the flight controls 18 of the spacecraft 1 and to the actuating guidance mechanisms 27 of the propelling device 6. Upon reaching a certain length of flexible drive communication 3, the approach of the aircraft stops and maneuvering translate them into a synchronous flight, in which the spacecraft 1 hangs over the plane 2. When the flexible flexible drive 3 reaches a certain, for example, vertical, position using the guidance system 27 The device 6 is aimed in the direction of the airplane 2 and the uncontrolled anchor 8 with a towing flexible link 4 is shot out of it. The anchor 8 is ejected using the pre-compressed drive 29 of the spring mechanism 26 after the stopper 31 of the ratchet 30 is released and the drum 28 is released with the towing flexible by communication 4. Unwinding its anchor 8 through the window in the fuselage of aircraft 2 and the upper branch of the moving belt 34 falls into the mechanism of attraction 10, where it collides with the screen 35. After the collision, the sensor contacts 32, the paw extension mechanism 33 and the anchor 8 are triggered, catching on the tape 33 it starts to move with it and for the towing flexible connection 4 pulls the spacecraft 1 to the air bag 36, which is equipped with the plane 2, connecting them into a single unit for joint flight to the place touchdowns.

Claims

1. The method of rapprochement and docking of aircraft, which consists in their mutual search, rapprochement and contact of the free end of the flexible connection of one of them with the other, performed using their engines and / or controls, and from the board of one of them launch a controlled means of delivery of free the end of the flexible connection, which, when approaching the second aircraft, is braked, caught and fixed on board the second aircraft, characterized in that the flexible connection of the free end is controllable They tighten the delivery means, in a tense state, measure the parameters of the flexible connection and determine the mutual position of the aircraft, taking into account which the positions of the flexible connection, the aircraft bring together, maneuvering, synchronize the flight parameters and place them in a predetermined position, then bring them together until they touch and join.

2. The method according to claim 1, characterized in that as the measured parameters of the flexible connection, the length, the tilt angles to the axes of the aircraft and the magnitude of its deflection are selected.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that before approaching to contact and docking, the aircraft are arranged one above the other coaxially.

4. The method according to claim 1, characterized in that the rapprochement and docking of the aircraft they are connected in series with several flexible connections.

5. The method according to claim 4, characterized in that the connection is carried out initially by a flexible drive, and then by towing.

6. A device for rendezvous and docking of aircraft, containing on-board equipment for determining their relative position, connected to flight controls, and flexible connections, the free ends of which are equipped with mechanisms for docking aircraft, one of the aircraft is equipped with mechanisms for trapping, braking and fixing flexible connections on another aircraft, characterized in that one of the aircraft is equipped with flying controlled and unmanaged means for ostavki free ends of flexible links directly with the other aircraft, aircraft equipped with the mechanisms for stretching and reducing the length of flexible links, and their on-board apparatus for determining and controlling the mutual position in flight is connected to devices for measuring parameters of flexible tensioned ties.

7. The device according to claim 6, characterized in that the flying controlled and uncontrolled means for the delivery of the free ends of the flexible connections are located on the attached aircraft.

8. The device according to claim 6, or 7, characterized in that the flying controlled delivery vehicle is equipped with a determinant of its position relative to the aircraft to which it approaches, connected to flight controls, including the propulsion system, as well as a locking mechanism in the capture device, triggered when a delivery vehicle enters it.

9. The device according to claim 8, characterized in that a flying guided delivery vehicle uses a rocket guided missile with a wired communication line.

10. The device according to claim 8, characterized in that the position determinant of the flying controlled delivery vehicle is made in the form of a radar homing and ranging.

11. The device according to any one of paragraphs.6 to 10, characterized in that the flexible connections are equipped with damping and emergency break devices.