菲涅尔透镜在航空母舰上的应用——助降系统

2019-06-10 02:11:07 36

二战后,英美航空母舰舰载机大量装舰。可是这些舰载机着舰时,要降落在短而窄的斜角甲板上,不是一件很容易的事情。常常由于航母的甲板太小、太窄,飞行员因着舰点选择不好而出事。如果着舰点太靠前,飞机容易冲出舰甲板,甚至掉入海里;如果太靠后,飞机又可能与舰艉相撞。

    为了解决这个令人头痛的问题,英美海军只好挑选一些专职引导员在航母甲板上利用信号旗引导飞机着舰。这要求引导员既有丰富的指挥经验,又有很强的目测能力。然而,事故仍然接踵而至。英美海军有关当局不得不另寻方法。

    1952年,英国海军中校格特哈特从女秘书对着镜子搽口红的动作中得到启发,设计出了早期的光学助降装置--助降镜。它是一面大曲率反射镜,设在舰尾的灯光射向镜面再反射到空中,给飞行员提供一个光的下降坡面(与海平面夹角为3.5-4度),飞行员沿着这个坡面并以飞机在镜中的位置修正误差,直到安全降落。

    但是,这种光学助降镜只是一定程度上起了作用,新的问题又来了:航母的舰体会因海涛涌浪的起伏而升沉摇摆,反射镜射出的光很不稳定,因此仍免不了时有事故发生。

    60年代,英国又发明了更先进的“菲涅尔”透镜光学助降系统,它在原理上与助降镜相似,也是在空中提供一个光的下滑坡面,但这提供的信号更利于飞行员判断方位,修正误差。 美国于1960年在“富兰克林”号航母上正式安装了第一部。

 


    这种装置与原来的装置的区别就是镜后设置了光源,可以通过透镜射出黄色、红色和橙色三种不同色彩的光,并以这三种光来界定高低位置。助降灯组的灯光设置在外行人看来令人眼花缭乱:在框架的两边各装有6盏绿色灯,作为水平基准;左右各装有5盏红色禁降灯;在框架中间,纵向排列有5个“菲涅尔”透镜。

 

 

    当不允许舰载机着落时,左右两侧红色灯发出闪光,绿色水平基准灯不亮;当允许舰载机着落时,红色灯则不亮,绿色基准灯发出固定光,“菲涅尔”透镜也同时发光。它发出的光要比绿色基准灯强,而且上下不同位置的透镜发出的定向光束各代表一种下滑角。黄色光是高的下滑坡面,红色光是一个低的下滑坡面,橙色光是正确的下滑坡面。舰载机飞行员下滑时,如果看到的是橙色光,就可以准确地着舰了;如果看到的是黄色光束,说明舰载机下滑角太大;如果看到了红色光束,则说明舰载机下滑角太小。

 


    “菲涅尔”透镜式助降镜使用简单可靠、目视直观,一问世便为英美等国航空母舰普遍使用。但是,它却有个最大的缺点:遇到阴雨雾云,常常显得“力不从心”,无法可靠地帮助降落。

    为此,美国海军又开始在航母上安装雷达助降系统,即全天候自动着舰系统。这套系统由舰载设备和机载设备联合组成。当舰载机准备着舰时,先由“塔康”空中战术导航仪引导,然后由舰载盲目着舰雷达精密跟踪,将观测到的舰载机飞行数据传至舰载数据处理机;数据处理机适时求出舰载机的航线,并与规定的航线相比,得出纠正数据,后由指令发信机发出。舰载机上的指令接收机收到信息后,就可以指挥自动驾驶仪和耦合器操作舰载机进入规定航线了。
    不过,雷达助降系统还是有与生惧来的缺点———易受电子干扰。这又使得一些海军专家开始琢磨和研制效果更好的电视助降装置系统、激光助降装置系统等。拿电视助降装置为例,该系统可供飞机日夜着舰作业,不停地监视和记录着舰情况,并向助降军官提供飞机着舰时最合适的调整航线信息。它与其他助降装置系统配合使用,可互相取长补短,获得最好的效果。

 

    菲涅尔透镜是一种应用十分广泛的光学元件,菲涅尔透镜应用于多个领域,包括:

 

 

 

投影显示:菲涅尔投影电视,背投菲涅尔屏幕,高射投影仪,虚像显示;
聚光聚能:太阳能用菲涅尔透镜,摄影用菲涅尔聚光灯,菲涅尔放大镜;          
航空航海:灯塔用菲涅尔透镜,菲涅尔飞行模拟;
科技研究:激光系统等;
红外探测:无源移动探测器;
照明光学:汽车头灯,交通标志,光学着陆系统。

 

    菲涅尔透镜(Fresnel Lens)设计和制造设计到多个技术领域,包括光学工程,高分子材料工程,CNC机械加工,金刚石车削工艺,镀镍工艺;模压、注塑、浇铸等制造工艺。国内拥有设计及制造能力的公司不多,成都菲斯特科技有限公司从1999年开始致力于菲涅尔透镜的研究,开发和生产,拥有先进的大型单点金刚石超精密模具加工设备和多种生产手段,擅长大型、高精密菲涅尔透镜的设计、开发和生产,同时是成都光电显示工程技术中心的依托单位。


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