一种菲涅耳光学引导装置与阻拦索的一体化布局方法与流程

本发明涉及一种一体化的菲涅耳光学引导装置与阻拦索协调布局方法。

背景技术：

运动的航母、狭小的着舰甲板使得舰载机着舰任务的难度极大、风险极高。菲涅耳光学引导装置和阻拦索是舰载机着舰任务得以完成的关键辅助装置。菲涅耳光学引导装置在着舰下滑阶段为舰载机飞行员提供高度偏差信息，引导舰载机追踪运动的航母，准确的落在航母甲板的降落区域。阻拦索由分布在航母甲板降落区域的四根阻拦钢索组成，当舰载机的尾钩钩挂其中一根阻拦索时，阻拦索依靠甲板下的阻拦制动系统向舰载机施加制动力，使舰载机在狭小的着舰甲板上完成制动。菲涅耳光学引导装置的布局决定了舰载机的理想降落区域，阻拦索布局决定了对舰载机实施阻拦的区域。为顺利的完成舰载机着舰任务，需合理设计菲涅耳光学引导装置的布局和阻拦索的布局，使得理想降落区域与阻拦区域重合。现有设计方法都是依据人为设定的准则，从系统性能、着舰安全性、甲板空间和甲板其它设备布局的角度分别独立设计菲涅耳光学引导装置的布局和阻拦索的布局。这种菲涅耳光学引导装置和阻拦索布局分别独立设计的方法忽略了菲涅耳光学引导装置和阻拦索的适配性关系，容易导致试验验证中的不适配现象，而且这种方法依赖于人的经验，不客观、准确性低、泛化能力差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种菲涅耳光学引导装置与阻拦索的一体化布局方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)构建菲涅耳光学引导束层与舰载机着舰点纵向偏差的对应关系，定义阻拦索布局与舰载机着舰点纵向偏差的对应关系，以舰载机着舰点纵向偏差为媒介量，建立菲涅耳光学引导装置与阻拦索布局的适配约束；

一方面根据菲涅耳光学引导束层的高度偏差意义以及舰载机着舰点纵向偏差与航迹高度偏差的比例关系，确定菲涅耳光学引导束层与舰载机着舰点纵向偏差的对应关系；另一方面根据四根阻拦索的设置目的，定义阻拦索布局与舰载机着舰点纵向偏差的对应关系。在此基础上，以舰载机着舰点纵向偏差为媒介量，建立菲涅耳光学引导束层与阻拦索布局的关联关系，并将两者的关联关系作为菲涅耳光学引导装置与阻拦索布局的适配约束。

(1)(2)根据航母甲板设备布局情况初步设定菲涅耳光学引导装置的布局；

在航母舰岛对侧的航母甲板边缘任意选取菲涅耳光学引导装置的初步布局，绘制菲涅耳光学引导光束的光路图，测绘航母甲板上着舰指挥官工作台、武器等设备是否遮挡菲涅耳光学引导光束的光路，如遮挡适当调整菲涅耳光学引导装置的布局，得到光路不受遮挡的菲涅耳光学引导装置初步布局。

(3)根据步骤(2)得到的菲涅耳光学引导装置的初步布局，采用虚拟投影法，利用菲涅耳光学引导装置与阻拦索布局的适配约束关系，设计阻拦索在阻拦区域的初步布局；

根据步骤(2)得到的菲涅耳光学引导装置的初步布局，虚拟与菲涅耳光学引导光束层相对应的尾钩引导光束层，获得尾钩引导光束层在甲板上的投影，建立菲涅耳光学引导光束层与甲板投影区域的映射，在此基础上，根据菲涅耳光学引导装置与阻拦索的布局适配约束，实现四根阻拦索在甲板投影区域的布局设计。

(4)针对步骤(2)和步骤(3)得到的菲涅耳光学引导装置和阻拦索初步布局，在步骤(1)得到的菲涅耳光学引导装置与阻拦索布局适配约束下，考虑着舰安全性、甲板空间、甲板其他设备布局、系统性能的要求协调调整两者的布局，设计菲涅耳光学引导装置与阻拦索的一体化协调布局。

以保证步骤(1)得到的菲涅耳光学引导装置与阻拦索布局的适配约束关系为前提，为满足如下要求，协调调整步骤(2)和步骤(3)得到的菲涅耳光学引导装置和阻拦索初步布局：

①着舰安全性要求：为避免舰载机撞击舰尾事故，菲涅耳光学引导装置需保证舰载机在通过舰尾时距离甲板不小于3米。

②甲板空间要求：阻拦索需要保证舰载机在阻拦区域内完成制动。

③甲板其他设备布局要求：保证菲涅耳光学引导光束不受遮挡。

④阻拦制动系统性能要求：在现有阻拦制动系统性能约束下满足②的要求。

本发明的有益效果在于：

本发明基于客观的着舰几何关系和光学投影原理，考虑菲涅耳光学引导装置和阻拦索布局的适配关系，提出了一种菲涅耳光学引导装置与阻拦索的一体化布局设计方法。本发明方法客观、泛化能力强，能够实现两种装置的一体化布局设计，可解决现有菲涅耳光学引导装置布局方法和阻拦索布局方法的不适配问题。

附图说明

图1是本发明的一种菲涅耳光学引导装置与阻拦索的一体化布局方法流程图；

图2是本发明的菲涅耳光学引导装置与阻拦索布局适配约束示意图；

图3是本发明的虚拟投影法原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明提供了一种菲涅耳光学引导装置与阻拦索的一体化布局方法。本发明采用先初设计再协调调整的分步布局设计的方式，通过建立菲涅耳光学引导装置与阻拦索布局的适配约束，综合考虑系统性能、着舰安全性、甲板空间的约束以及菲涅耳光学引导装置与阻拦索布局的适配约束，利用虚拟投影法实现菲涅耳光学引导装置与阻拦索的一体化协调布局设计。本发明方法客观、泛化能力强，可大大降低试验验证.

图1是本发明的一种菲涅耳光学引导装置与阻拦索的一体化布局方法流程图。

如图1所示本发明提供的种菲涅耳光学引导装置与阻拦索的一体化布局方法包括按顺序进行的下列步骤：

(1)构建菲涅耳光学引导束层与舰载机着舰点纵向偏差的对应关系，定义阻拦索布局与舰载机着舰点纵向偏差的对应关系，以舰载机着舰点纵向偏差为媒介量，建立菲涅耳光学引导装置与阻拦索布局的适配约束：

图2是本发明的菲涅耳光学引导装置与阻拦索布局适配约束示意图，如图2所示菲涅耳引导光束是由菲涅耳光学引导装置发出的五层引导光束，当舰载机飞行员的眼睛分别处于图2中菲涅耳引导光束的①～⑤层时，分别代表舰载机的当前的航迹过高、偏高、适当、偏低和过低；此外，由于舰载机以恒定的航迹角着舰下滑，因此舰载机的航迹高度偏差与舰载机着舰点纵向偏差比值(航迹角的正切值)恒定，由此可确定菲涅耳引导光束与舰载机着舰点纵向偏差的对应关系。另一方面根据四根阻拦索的设置目的，如图2，按照从舰尾到舰首的顺序依次定义四根阻拦索的着舰点纵向偏差含义为：偏低、适当、偏高、过高。综合两方面结论，以舰载机着舰点纵向偏差为媒介量，可实现菲涅耳光学引导束层与阻拦索布局的关联，将两者的关联关系作为菲涅耳光学引导装置与阻拦索布局的适配约束。

(2)根据航母甲板设备布局情况初步设定菲涅耳光学引导装置的布局：

在航母舰岛对侧的航母甲板边缘任意选取菲涅耳光学引导装置的初步布局，绘制菲涅耳光学引导光束的光路图，测绘航母甲板上着舰指挥官工作台、武器等设备是否遮挡菲涅耳光学引导光束的光路，如遮挡适当调整菲涅耳光学引导装置的布局，得到光路不受遮挡的菲涅耳光学引导装置初步布局。

(3)根据步骤(2)得到的菲涅耳光学引导装置的初步布局，采用虚拟投影法，利用菲涅耳光学引导装置与阻拦索布局的适配约束关系，设计阻拦索在阻拦区域的初步布局：

图3为虚拟投影法的原理图，如图3所示，光学引导下滑道是由菲涅耳透镜虚焦点发出的舰载机理想下滑航迹，它位于菲涅耳光学引导光束层的中心。定义尾钩下滑道为舰载机尾钩的理想下滑航迹，它与光学引导下滑道平行，位于光学引导下滑道正下方，与光学引导下滑道距离为钩眼距。其中钩眼距为舰载机处于标准着舰姿态时飞行员眼睛位置与舰载机尾钩位置间的垂向距离。以尾钩下滑道为中心虚拟与菲涅耳光学引导光束层平行的尾钩引导光束层。则当舰载机舰载机飞行员的眼睛位于菲涅耳光学引导光束的第n层时，舰载机的尾钩将位于尾钩引导光束的第n层，由此可建立菲涅耳光学引导光束层与尾钩引导光束层的对应关系。虚拟投影法即根据步骤(2)所得菲涅耳光学引导装置初步布局绘制尾钩引导光束，令尾钩引导光束与甲板的相交，从而获得尾钩引导光束在航母甲板上的投影，尾钩引导光束在甲板上的投影区就是菲涅耳光学引导装置引导舰载机着舰的目的区域。根据菲涅耳光学引导光束层与尾钩引导光束层的对应关系，获得菲涅耳光学引导光束层与尾钩引导光束投影区的映射关系。在此基础上利用步骤(1)建立的菲涅耳光学引导装置与阻拦索布局的适配约束关系，在尾钩引导光束投影区内实现四根阻拦索在阻拦区域的初步布局设计。

(4)针对步骤(2)和步骤(3)得到的菲涅耳光学引导装置和阻拦索初步布局，在步骤(1)得到的菲涅耳光学引导装置与阻拦索布局适配约束下，考虑着舰安全性、甲板空间、甲板其他设备布局、系统性能的要求协调调整两者的布局，设计菲涅耳光学引导装置与阻拦索的一体化协调布局。

以保证步骤(1)得到的菲涅耳光学引导装置与阻拦索布局的适配约束关系为前提，为满足如下要求，协调调整步骤(2)和步骤(3)得到的菲涅耳光学引导装置和阻拦索初步布局：

①着舰安全性要求：为避免舰载机撞击舰尾事故，菲涅耳光学引导装置需保证舰载机在通过舰尾时距离甲板不小于3米。

②甲板空间要求：阻拦索需要保证舰载机在阻拦区域内完成制动。

③甲板其他设备布局要求：保证菲涅耳光学引导光束不受遮挡。

④阻拦制动系统性能要求：在现有阻拦制动系统性能约束下满足②的要求。