eng
Выпуск #4/2020
Д. В. Васильев, А. И. Ларюшин
Мобильные навигационные комплексы на отечественных суперярких светодиодах для освоения Арктики
Мобильные навигационные комплексы на отечественных суперярких светодиодах для освоения Арктики
Просмотры: 1966
DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2020.14.4.338.343
Рассмотрен потенциал возможностей светотехнических мобильных навигационных комплексов, обеспечивающих дальний привод летательных аппаратов по глиссаде. Основа комплекса – суперяркие монохромные светодиоды производства компании ООО «НПЦ ОЭП «ОПТЭЛ». Для сравнения характеристик светодиодов для задач навигации выбран новый параметр – распределение освещенности в плоскости, перпендикулярной оптической оси светодиода. Параметр влияет на массо-габаритные и тактико-технические характеристики проектируемых изделий.
Рассмотрен потенциал возможностей светотехнических мобильных навигационных комплексов, обеспечивающих дальний привод летательных аппаратов по глиссаде. Основа комплекса – суперяркие монохромные светодиоды производства компании ООО «НПЦ ОЭП «ОПТЭЛ». Для сравнения характеристик светодиодов для задач навигации выбран новый параметр – распределение освещенности в плоскости, перпендикулярной оптической оси светодиода. Параметр влияет на массо-габаритные и тактико-технические характеристики проектируемых изделий.
Теги: divergence angle of the light flux fresnel lens glide path light distribution mobile navigation system monochrome powerful superbright led optical axis optical system reflective surface secondary optics вторичная оптика глиссада линза френеля мобильный навигационный комплекс монохромный мощный суперяркий светодиод оптическая ось оптическая система отражающая поверхность распределение освещенности угол расходимости светового потока
Мобильные навигационные комплексы на отечественных суперярких светодиодах для освоения Арктики
Д. В. Васильев , А. И. Ларюшин
ООО «НТП «Аэрооптика», Раменское, Моск.обл.,
Россия
Рассмотрен потенциал возможностей светотехнических мобильных навигационных комплексов, обеспечивающих дальний привод летательных аппаратов по глиссаде. Основа комплекса – суперяркие монохромные светодиоды производства компании ООО «НПЦ ОЭП «ОПТЭЛ». Для сравнения характеристик светодиодов для задач навигации выбран новый параметр – распределение освещенности в плоскости, перпендикулярной оптической оси светодиода. Параметр влияет на массо-габаритные и тактико-технические характеристики проектируемых изделий.
Статья получена: 21.03.2020
Принята к публикации: 23.04.2020
5 марта 2020 года президент РФ подписал Указ N164 «Об Основах государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2035 года». В целях реализации указа правительство РФ в ближайшие дни представит в Совет Безопасности РФ проект стратегии развития Арктической зоны РФ до 2035 года.
Одним из приоритетов этой стратегии будет продвижение природосберегающих технологий на транспорте, в частности возрождение и развитие сети аэродромов для малой авиации как одного из наиболее экологичных видов транспорта. Происходящие климатические изменения в ближайшем будущем сделают Северный морской путь безопасным и выгодным для грузоотправителей, поэтому задача его авиационного обеспечения является весьма важной. Это потребует восстановления ныне заброшенных аэропортов, малых взлетно-посадочных площадок и полос, особенно на Севере и Дальнем Востоке. Дополнительным стимулом к этому является повышенный интерес к развитию хозяйственной деятельности в арктическом бассейне, поскольку в будущем до 30% всех углеводородов будут добывать в Арктике.
В настоящее время восстановление и создание большого количества новых взлетно-посадочных площадок, способных принимать различные типы летательных аппаратов малого и среднего класса, имеет значительные трудности. Их суть заключается в материальных затратах, учитывая удаленность от населенных пунктов и сложность оснащения таких площадок постоянно действующей дорогостоящей навигационной инфраструктурой. В этом случае особую актуальность приобретает создание недорогих мобильных светотехнических комплексов дальнего привода, решающих задачу приема летательного аппарата по глиссаде. Они должны обеспечивать быстрое развертывание на местности, иметь малое энергопотребление (единицы ватт для питания от переносного аккумулятора), гарантировать надежную работу в различных климатических зонах и безопасность при выполнении посадки ночью и днем в простых и сложных метеоусловиях.
Создание таких комплексов напрямую связано с применением малогабаритных мощных источников света, безопасных для визуального наблюдения, устойчивых к воздействию механических нагрузок и перепадов температуры. Подобным набором характеристик обладают только мощные суперяркие светодиоды.
В настоящее время рынок светотехнической продукции предлагает большой выбор разнообразных суперярких светодиодов. Для сужения зоны поиска мы рассматриваем только монохромные светодиоды, формирующие световой поток в конусе с полным углом раскрытия не более 40° по половинному снижению силы света.
На рынке светотехнической продукции мировыми лидерами являются зарубежные фирмы CREE, LUXEON, LUMILEDS, OSRAM, NICHIA, SEOUL, PHILIPS и т. д. выпускающие мощные светодиоды в виде стеков и сборок монохромного и белого цвета свечения для целей освещения. Применение мощных монохромных светодиодов ограничено в основном целями использования их в архитектурной и рекламной подсветке [1–2].
Разнообразие мест применения мощных светодиодов определили универсальность в их конструктивного исполнения. Светодиодный модуль состоит из двух частей: собственно светодиода или сборки и расположенной в непосредственной близости вторичной оптической системы для сбора и формирования светового потока. Этот универсализм имеет много положительных моментов. Но в тоже время в деле создания такой узкоспециализированной техники, как навигационный комплекс дальнего привода, обнаружен недостаток такого конструктивного решения светодиодного модуля.
Наиболее крупные фирмы, выпускающие вторичную оптику это LEDIL, KНATOD, FRAEN и т. д. Конструктивно выпускаемая этими фирмами вторичная оптика имеет много общего. Во-первых, элементы вторичной оптики расположены в непосредственной близости от источника света. Во-вторых, их форма в большинстве случаев приобретает вид конусообразной фигуры с элементами отражающей поверхности и, в некоторых случаях, линзой Френеля на торце. При высокой доле перехвата светового потока (более 75%) такая вторичная оптика обладает значительными поперечными размерами [3–8].
Отечественные светодиоды рассматриваются на примере продукции ООО «НПЦ ОЭП «ОПТЭЛ» (г. Москва). При меньшем, по сравнению с зарубежными производителями, объеме выпуска компания гибко реагирует на конкретные задачи заказчика, имея возможность адаптировать конструктивное исполнение корпуса светодиода под габаритный размер светотехнического изделия.
Сравнение выходных параметров зарубежных монохромных светодиодов с вторичной оптикой и монохромных светодиодов ООО «НПЦ ОЭП «ОПТЭЛ» показало, что у зарубежной продукции за счет больших габаритов поперечного сечения снижено значение такого важного для построения систем навигации параметра, как распределение освещенности в плоскости, расположенной за линзой и перпендикулярной оптической оси светодиода.
Учитывая тот факт, что в навигационном комплексе источник света (с вторичной оптикой или без) работает в сочетании с удаленными оптическими системами, этот параметр напрямую определяет габариты изделия, что особенно важно для создания малогабаритных мобильных навигационных комплексов. Сравнение параметров светодиодов поясняет рис. 1.
Анализ проводился для однокристальных мощных монохромных светодиодов с вторичной оптикой (зарубежных производителей) и аналогичных по потребляемой мощности и величине полного угла раскрытия сформированного светового потока по уровню 0,5 от максимальной силы света (Θ1 / 2) монохромных отечественных светодиодов ООО «НПЦ ОЭП «ОПТЭЛ» (г. Москва). Полученные результаты выявили превосходство отечественных монохромных светодиодов по указанному параметру в 1,4 раза. Поскольку данный параметр является во многом определяющим, это позволило уверенно говорить об оптимальности использования монохромных мощных светодиодов ООО «НПЦ ОЭП «ОПТЭЛ» в малогабаритных мобильных светотехнических комплексах дальнего привода, решающих задачу приема летательного аппарата по глиссаде.
НТП «Аэрооптика» в соответствии с техническим заданием на опытно-конструкторскую работу, утвержденным директором и согласованным с начальником летной службы ФГУАП МЧС РФ, разработало мобильный глиссадный маяк АЕРУ.461523.002 рис. 2 [2].
Подбор светодиодов на основе предложенного выше параметра позволил при сохранении минимальных массо-габаритных параметров маяка обеспечить следующие технические характеристики:
Световое поле из трех секторов:
• верхний (выше глиссады) желтый цвет;
• центральный (на глиссаде) зеленый цвет;
• нижний (ниже глиссады) красный цвет.
В ночных условиях:
при метеорологической дальности видимости (МДВ) = 15 км:
• дальность обнаружения, км не менее 20;
• дальность уверенного
распознавания, км не менее 15;
при МДВ = 800 метров:
• дальность уверенного
распознавания, км не менее 2,5;
при МДВ = 100 метров:
• дальность уверенного
распознавания, м не менее 500.
Потребляемая мощность, Вт не более 20.
Напряжение питания
постоянного тока, В 12.
Рабочие температуры, °С от –40 до 55.
Габариты (максимальные), мм 320 × 275 × 240.
Масса, кг не более 5.
Время развертывания
в рабочее положение, мин не более 5.
Мобильный глиссадный маяк АЕРУ.461523.002 прошел цикл летных испытаний, проведенных авиаотрядом МЧС на аэродроме Летно-исследовательского института им. М. М. Громова (г. Жуковский, Московская область). Вид маяка в развернутом положении приведен на рис. 3.
Облеты проводились с применением вертолета МИ‑8. По результатам летных испытаний получено положительное заключение.
В дальнейшем мобильный глиссадный маяк АЕРУ.461523.002 проходил испытания и опытную эксплуатацию на аэродроме Черемшанка (г. Красноярск). Эксплуатация проводилась вертолетной авиаэскадрильей летного комплекса ОАО «Сибавиатранс» в условиях ограниченной дальности полета в зоне аэродрома. По результатам опытной эксплуатации получено положительное заключение. Изделие защищено патентом на изобретение и имеет сертификат соответствия в системе сертификации ГОСТ Р.
ВЫВОДЫ
Результаты испытаний позволяют рекомендовать к применению разработанные на отечественной светотехнической элементной базе мобильные глиссадные маяки для размещения на любых типах аэродромов, необорудованных посадочных площадках, посадочных площадках буровых платформ с целью формирования визуально воспринимаемой информации о глиссаде снижения летательного аппарата для обеспечения безопасной посадки в простых и сложных метеоусловиях ночью и днем. Это представляется очень важным в деле освоения Арктического побережья и восстановления взлетно-посадочных площадок и полос для малой авиации на территории России, а также для экстренного приема воздушных судов при работах, проводимых при черезвычайных ситуациях.
REFERENCES
Байнева И. И., Байнев В. В. Оптические системы для светодиодов. Фотоника. 2016: 6; 84–92.
Bayneva I. I., Baynev V. V. Optical systems for light-emitting diodes. Photonics Russia. 2016: 6; 84–92.
Васильев Д. В., Ларюшин А. И. Исследование влияния внешних факторов на работу навигационного комплекса на суперъярких светодиодах. Фотоника. 2017: 63 (3); 98–104. DOI: 10.22184/1993–7296.2017.63.3.98.104.
Vasiliev D. V., Larushin A. I. Investigation of the influence of external factors for work of the navigation complex on superior LEDs. Photonics Russia. 2017: 63 (3); 98–104. DOI: 10.22184/1993–7296.2017.63.3.98.104.
https://www.prosoft.ru/products/brands/xlight/moshehnye-svetodiody-cree.
http://www.mitinor.ru/category_86.html.
https://www.osram.ru/os/products.
http://www.optelcenter.ru/ru/Products.htm.
https://www.ledil.com/ru/produktsiya.
http://www.khatodrussia.ru.
АВТОРЫ
Васильев Дмитрий Викторович, доктор технич.наук, директор,
ООО «НТП «Аэрооптика»; e-mail: vasilievd1969@yandex.ru, Раменское, Моск.обл., Россия
ORCID: 0000-0002-8965-9260
Ларюшин Александр Иванович, доктор технич.наук, профессор,
ООО «НТП «Аэрооптика»; e-mail: alarushin@mail.ru, Раменское, Моск.обл., Россия
ORCID: 0000-0003-4782-8107
Д. В. Васильев , А. И. Ларюшин
ООО «НТП «Аэрооптика», Раменское, Моск.обл.,
Россия
Рассмотрен потенциал возможностей светотехнических мобильных навигационных комплексов, обеспечивающих дальний привод летательных аппаратов по глиссаде. Основа комплекса – суперяркие монохромные светодиоды производства компании ООО «НПЦ ОЭП «ОПТЭЛ». Для сравнения характеристик светодиодов для задач навигации выбран новый параметр – распределение освещенности в плоскости, перпендикулярной оптической оси светодиода. Параметр влияет на массо-габаритные и тактико-технические характеристики проектируемых изделий.
Статья получена: 21.03.2020
Принята к публикации: 23.04.2020
5 марта 2020 года президент РФ подписал Указ N164 «Об Основах государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2035 года». В целях реализации указа правительство РФ в ближайшие дни представит в Совет Безопасности РФ проект стратегии развития Арктической зоны РФ до 2035 года.
Одним из приоритетов этой стратегии будет продвижение природосберегающих технологий на транспорте, в частности возрождение и развитие сети аэродромов для малой авиации как одного из наиболее экологичных видов транспорта. Происходящие климатические изменения в ближайшем будущем сделают Северный морской путь безопасным и выгодным для грузоотправителей, поэтому задача его авиационного обеспечения является весьма важной. Это потребует восстановления ныне заброшенных аэропортов, малых взлетно-посадочных площадок и полос, особенно на Севере и Дальнем Востоке. Дополнительным стимулом к этому является повышенный интерес к развитию хозяйственной деятельности в арктическом бассейне, поскольку в будущем до 30% всех углеводородов будут добывать в Арктике.
В настоящее время восстановление и создание большого количества новых взлетно-посадочных площадок, способных принимать различные типы летательных аппаратов малого и среднего класса, имеет значительные трудности. Их суть заключается в материальных затратах, учитывая удаленность от населенных пунктов и сложность оснащения таких площадок постоянно действующей дорогостоящей навигационной инфраструктурой. В этом случае особую актуальность приобретает создание недорогих мобильных светотехнических комплексов дальнего привода, решающих задачу приема летательного аппарата по глиссаде. Они должны обеспечивать быстрое развертывание на местности, иметь малое энергопотребление (единицы ватт для питания от переносного аккумулятора), гарантировать надежную работу в различных климатических зонах и безопасность при выполнении посадки ночью и днем в простых и сложных метеоусловиях.
Создание таких комплексов напрямую связано с применением малогабаритных мощных источников света, безопасных для визуального наблюдения, устойчивых к воздействию механических нагрузок и перепадов температуры. Подобным набором характеристик обладают только мощные суперяркие светодиоды.
В настоящее время рынок светотехнической продукции предлагает большой выбор разнообразных суперярких светодиодов. Для сужения зоны поиска мы рассматриваем только монохромные светодиоды, формирующие световой поток в конусе с полным углом раскрытия не более 40° по половинному снижению силы света.
На рынке светотехнической продукции мировыми лидерами являются зарубежные фирмы CREE, LUXEON, LUMILEDS, OSRAM, NICHIA, SEOUL, PHILIPS и т. д. выпускающие мощные светодиоды в виде стеков и сборок монохромного и белого цвета свечения для целей освещения. Применение мощных монохромных светодиодов ограничено в основном целями использования их в архитектурной и рекламной подсветке [1–2].
Разнообразие мест применения мощных светодиодов определили универсальность в их конструктивного исполнения. Светодиодный модуль состоит из двух частей: собственно светодиода или сборки и расположенной в непосредственной близости вторичной оптической системы для сбора и формирования светового потока. Этот универсализм имеет много положительных моментов. Но в тоже время в деле создания такой узкоспециализированной техники, как навигационный комплекс дальнего привода, обнаружен недостаток такого конструктивного решения светодиодного модуля.
Наиболее крупные фирмы, выпускающие вторичную оптику это LEDIL, KНATOD, FRAEN и т. д. Конструктивно выпускаемая этими фирмами вторичная оптика имеет много общего. Во-первых, элементы вторичной оптики расположены в непосредственной близости от источника света. Во-вторых, их форма в большинстве случаев приобретает вид конусообразной фигуры с элементами отражающей поверхности и, в некоторых случаях, линзой Френеля на торце. При высокой доле перехвата светового потока (более 75%) такая вторичная оптика обладает значительными поперечными размерами [3–8].
Отечественные светодиоды рассматриваются на примере продукции ООО «НПЦ ОЭП «ОПТЭЛ» (г. Москва). При меньшем, по сравнению с зарубежными производителями, объеме выпуска компания гибко реагирует на конкретные задачи заказчика, имея возможность адаптировать конструктивное исполнение корпуса светодиода под габаритный размер светотехнического изделия.
Сравнение выходных параметров зарубежных монохромных светодиодов с вторичной оптикой и монохромных светодиодов ООО «НПЦ ОЭП «ОПТЭЛ» показало, что у зарубежной продукции за счет больших габаритов поперечного сечения снижено значение такого важного для построения систем навигации параметра, как распределение освещенности в плоскости, расположенной за линзой и перпендикулярной оптической оси светодиода.
Учитывая тот факт, что в навигационном комплексе источник света (с вторичной оптикой или без) работает в сочетании с удаленными оптическими системами, этот параметр напрямую определяет габариты изделия, что особенно важно для создания малогабаритных мобильных навигационных комплексов. Сравнение параметров светодиодов поясняет рис. 1.
Анализ проводился для однокристальных мощных монохромных светодиодов с вторичной оптикой (зарубежных производителей) и аналогичных по потребляемой мощности и величине полного угла раскрытия сформированного светового потока по уровню 0,5 от максимальной силы света (Θ1 / 2) монохромных отечественных светодиодов ООО «НПЦ ОЭП «ОПТЭЛ» (г. Москва). Полученные результаты выявили превосходство отечественных монохромных светодиодов по указанному параметру в 1,4 раза. Поскольку данный параметр является во многом определяющим, это позволило уверенно говорить об оптимальности использования монохромных мощных светодиодов ООО «НПЦ ОЭП «ОПТЭЛ» в малогабаритных мобильных светотехнических комплексах дальнего привода, решающих задачу приема летательного аппарата по глиссаде.
НТП «Аэрооптика» в соответствии с техническим заданием на опытно-конструкторскую работу, утвержденным директором и согласованным с начальником летной службы ФГУАП МЧС РФ, разработало мобильный глиссадный маяк АЕРУ.461523.002 рис. 2 [2].
Подбор светодиодов на основе предложенного выше параметра позволил при сохранении минимальных массо-габаритных параметров маяка обеспечить следующие технические характеристики:
Световое поле из трех секторов:
• верхний (выше глиссады) желтый цвет;
• центральный (на глиссаде) зеленый цвет;
• нижний (ниже глиссады) красный цвет.
В ночных условиях:
при метеорологической дальности видимости (МДВ) = 15 км:
• дальность обнаружения, км не менее 20;
• дальность уверенного
распознавания, км не менее 15;
при МДВ = 800 метров:
• дальность уверенного
распознавания, км не менее 2,5;
при МДВ = 100 метров:
• дальность уверенного
распознавания, м не менее 500.
Потребляемая мощность, Вт не более 20.
Напряжение питания
постоянного тока, В 12.
Рабочие температуры, °С от –40 до 55.
Габариты (максимальные), мм 320 × 275 × 240.
Масса, кг не более 5.
Время развертывания
в рабочее положение, мин не более 5.
Мобильный глиссадный маяк АЕРУ.461523.002 прошел цикл летных испытаний, проведенных авиаотрядом МЧС на аэродроме Летно-исследовательского института им. М. М. Громова (г. Жуковский, Московская область). Вид маяка в развернутом положении приведен на рис. 3.
Облеты проводились с применением вертолета МИ‑8. По результатам летных испытаний получено положительное заключение.
В дальнейшем мобильный глиссадный маяк АЕРУ.461523.002 проходил испытания и опытную эксплуатацию на аэродроме Черемшанка (г. Красноярск). Эксплуатация проводилась вертолетной авиаэскадрильей летного комплекса ОАО «Сибавиатранс» в условиях ограниченной дальности полета в зоне аэродрома. По результатам опытной эксплуатации получено положительное заключение. Изделие защищено патентом на изобретение и имеет сертификат соответствия в системе сертификации ГОСТ Р.
ВЫВОДЫ
Результаты испытаний позволяют рекомендовать к применению разработанные на отечественной светотехнической элементной базе мобильные глиссадные маяки для размещения на любых типах аэродромов, необорудованных посадочных площадках, посадочных площадках буровых платформ с целью формирования визуально воспринимаемой информации о глиссаде снижения летательного аппарата для обеспечения безопасной посадки в простых и сложных метеоусловиях ночью и днем. Это представляется очень важным в деле освоения Арктического побережья и восстановления взлетно-посадочных площадок и полос для малой авиации на территории России, а также для экстренного приема воздушных судов при работах, проводимых при черезвычайных ситуациях.
REFERENCES
Байнева И. И., Байнев В. В. Оптические системы для светодиодов. Фотоника. 2016: 6; 84–92.
Bayneva I. I., Baynev V. V. Optical systems for light-emitting diodes. Photonics Russia. 2016: 6; 84–92.
Васильев Д. В., Ларюшин А. И. Исследование влияния внешних факторов на работу навигационного комплекса на суперъярких светодиодах. Фотоника. 2017: 63 (3); 98–104. DOI: 10.22184/1993–7296.2017.63.3.98.104.
Vasiliev D. V., Larushin A. I. Investigation of the influence of external factors for work of the navigation complex on superior LEDs. Photonics Russia. 2017: 63 (3); 98–104. DOI: 10.22184/1993–7296.2017.63.3.98.104.
https://www.prosoft.ru/products/brands/xlight/moshehnye-svetodiody-cree.
http://www.mitinor.ru/category_86.html.
https://www.osram.ru/os/products.
http://www.optelcenter.ru/ru/Products.htm.
https://www.ledil.com/ru/produktsiya.
http://www.khatodrussia.ru.
АВТОРЫ
Васильев Дмитрий Викторович, доктор технич.наук, директор,
ООО «НТП «Аэрооптика»; e-mail: vasilievd1969@yandex.ru, Раменское, Моск.обл., Россия
ORCID: 0000-0002-8965-9260
Ларюшин Александр Иванович, доктор технич.наук, профессор,
ООО «НТП «Аэрооптика»; e-mail: alarushin@mail.ru, Раменское, Моск.обл., Россия
ORCID: 0000-0003-4782-8107
Отзывы читателей
