Experimentell enhet för blindlandning
The Blind Landing Experimental Unit , förkortat BLEU , var en enhet av den brittiska regeringen med uppgift att skapa ett tidigt autolandningssystem för militära och civila flygplan från slutet av 1940-talet fram till mitten av 1960-talet.
Bakgrund
Piloter under flygets tidiga dagar förlitade sig på dead reckoning för att ta reda på vart de flög, vilket visade sig vara svårt eller omöjligt på natten eller i dåligt väder. En från USA:s postkontor från 1925 fann att 76 % av dess tvångslandningar berodde på väder, vilket visade på det tidiga behovet av ett system för att underlätta blindlandningar. Tidiga förslag för att ta itu med problemet sträckte sig från att använda primitiva radiosignaler till att regelbundet placera nödlandningsbanor nära stora motorvägar. Erfarenheter från andra världskriget uppmärksammade problemet mer. Bombplan baserade i Storbritannien återvände ibland till sina hemmabaser under de tidiga morgontimmarna för att hitta alla deras landningsplatser helt immiga, vilket resulterade i den meningslösa förlusten av flygplan och flygplansbesättningar. Under efterkrigstiden visste flygexperter att det skulle vara fördelar för både militära och civila flygblad, eftersom militära uppdrag skulle möjliggöras under alla förhållanden och flygbolagen kunde undvika den slösaktiga och dyra metoden att avleda bort från dimmiga flygplatser.
Flera blindlandningssystem hade utvecklats under förkrigstiden, särskilt det amerikanska Diamond-Dunmore-systemet och de tyska Lorenz- strålkoncepten. Båda förlitade sig i viss mån på röstradioapparaterna i flygplanet, som var vanliga på tidens större flygplan. Diamond-Dunmore verkar inte ha sett några aktiva användningsområden, men Lorenz-systemet installerades på stora flygplatser i Tyskland, Storbritannien och andra europeiska platser och deras relaterade utländska områden. Dessa fungerade i allmänhet i vanliga mellanvågsfrekvenser i storleksordningen 300 till 400 kHz, frekvenser som vid mellankrigstiden låg på det avgjort lågfrekvensområdet. Den optiska upplösningen för alla system är en kombination av våglängden och storleken på antennsystemet, så att använda dessa frekvenser resulterade i relativt låg noggrannhet. Under kriget genomfördes experiment med liknande system som arbetade på VHF- frekvenser runt 100 MHz och en mängd olika sådana system användes på många militära flygfält.
Ursprunget till autoland
Innan bildandet av BLEU gjordes en automatisk landning vid Telecommunications Flying Unit (TFU) av TRE vid RAF Defford i ett Boeing 247 D-flygplan, DZ203 , tidigt 1945, med hjälp av det amerikanska radiostyrningssystemet SCS 51. Landningar gjordes i fullständigt mörker, utan landningsljus och alla andra ljus skymdes av mörkläggningen under kriget. Det fanns inget utbrott; den låga inflygningshastigheten och den grunda glidvinkeln gjorde att flygplanet kunde tillåtas flyga rakt ner på marken. SCS 51 var grunden för Instrument Landing System (ILS), som antogs av ICAO 1948.
Det fanns ett alternativt system till SCS 51 från överste Moseley och det var ett radarbaserat system helt framtaget, utvecklat och testat av F/O LC Barber och hans kollegor på Defford. Detta system gav effektivt räckvidds- och höjddata som kunde läggas till autopilotens kursinformation.
Blind Landing Experimental Unit (BLEU) vid Royal Aircraft Establishment (RAE) bildades vid RAF Woodbridge och RAF Martlesham Heath under 1945 och 1946. Det var en multidisciplinär enhet som drog personal från RAE, Farnborough och Telecommunications Research Establishment , Malvern (TRE). Uppdraget var att enheten "kommer att fungera som en satellit för RAE och kommer att ansvara för utvecklingen av blind inflygning och landning av RAF, Naval och Civila flygplan". Forskning under de första åren vid BLEU ledde till slutsatsen att ett lovande tillvägagångssätt för blindlandning skulle vara ett helautomatiskt system, och tog fram en definition av kraven för ett sådant system, senare kallat Autoland .
Instrument Landing System (ILS) introducerades under efterkrigstiden baserat på SCS 51-koncepten. Denna använde två separata radiosignaler, en för lateral guidning, "localizer" och den andra för vertikal guidning, "glideslope". De arbetade båda på samma grundprincip; var och en av signalerna sändes på en separat bärvågsfrekvens med ett fast förhållande så att glideslope-frekvensen alltid var ett fast belopp bort från lokalisatorn.
Signalerna delades på väg till sina respektive antenner och amplitudmodulerades med en lågfrekvent signal, 90 Hz eller 150 Hz. De två signalerna sändes sedan ut från riktade antenner som producerade stora sändningsmönster riktade något åt vänster (90) och höger (150) om banans mittlinje eller över (90) och under (150) glidbanan. Mönstren var relativt breda och riktade så att de överlappade i mitten, vilket indikerar rätt linje att flyga.
Även om systemet fungerade och var relativt enkelt att implementera med 1940-talsteknik, var det inte tillräckligt noggrant för att ge vägledning under landning, med en noggrannhet i storleksordningen några hundra fot. ILS-inflygningar slutade vid 200 fot över banan, då piloten var tvungen att kunna se banan visuellt, eller avbryta sin inflygning. Detta var inte tillräckligt exakt för ett verkligt automatiserat system.
BLEU:s första försök att lösa problemet var att placera två kablar, en mil långa, som sträckte sig längs varje sida av banan, liknande Ambrose Channel pilotkabel . En detektor i flygplanet kunde se signalen från kablarna och rikta in sig mycket exakt längs banans mittlinje. För vertikal vägledning kunde en ny FM- radiohöjdmätare som BLEU utvecklade lösa höjdskillnader till 2 fot på låg höjd. Teamet genomförde säkert tusentals testlandningar med detta system.
BLEU insåg att de flesta flygplatser inte hade utrymme att placera en mils kablar, så de fortsatte att arbeta på en radiodriven lösning. I samarbete med Smiths Industries Ltd. utvecklade BLEU även kopplingsenheter för att härleda kommandon till autopiloten från styrsignalerna och auto-throttle.
Komponenter av systemet utvecklades separat på flera typer av flygplan, inklusive Lancaster , Viking , Devon och Albemarle . En demonstration av de använda teknikerna gavs till militära och regeringsrepresentanter i maj 1949. År 1950 hade hela systemet installerats på en DH Devon och den första demonstrationen av Autoland gavs på det flygplanet den 3 juli 1950. Under de följande 20 åren , BLEU i samarbete med brittisk industri och brittiska luftvärdighetsmyndigheten, ansvarade för nästan allt pionjärarbete som behövdes för att omvandla konceptet med dessa experimentella demonstrationer till säkra, exakta blindlandningar med stora transportflygplan. Systemet som användes under tidigt 2000-tal är i princip detsamma som användes experimentellt 1950. Följande diagram, från JS Shaylers promemoria från 1958, visar hur de olika komponenterna i systemet, och styrsignaler, användes under de på varandra följande faserna av en automatisk landning.
BLEU under 1950- och 1960-talen
Under det tidiga 1950-talet, som en förberedelse för utvecklingen av det fullständiga Autoland-systemet, utfördes automatiska inflygningsförsök på flygplan Valetta , Meteor och Canberra . Canberra, VN799 , förvärvades 1953 men var en avskrivning efter en kraschlandning i augusti samma år på grund av ett dubbelt motorbortfall, lyckligtvis utan allvarliga skador på besättningen.
På den tiden hade Autoland lägre prioritet eftersom insatserna koncentrerades till andra projekt, inklusive snabblandning av flygplan för RAF Fighter Command , visuella hjälpmedel för piloter, inflygningsbelysning för landningsbanor och ett inflygningshjälp med DME med Barbro. Det ändrades när Operational Requirement 947 (OR947) för automatisk landning på V-Force bombplansflotta utfärdades 1954. Vid den tiden var V-bombplansstyrkan Storbritanniens främsta bidrag till västvärldens strategiska kärnkraft och allvädersoperation var väsentligt. Det fanns också ett förnyat intresse för automatisk landning för civil luftfart. Som nästa steg i utvecklingen kopplades flare-out- och kopplingsenheterna från Devon till en Smiths Type D autopilot och installerades i Varsity WF417 , ett mycket större flygplan, som kan bära 38 personer snarare än 10 i Devon. Den första helautomatiska inflygningen och landningen gjordes av WF417 den 11 november 1954 under lugna och dimmiga förhållanden. Ett liknande system installerades i Canberra WE189 för att tillhandahålla den första tillämpningen av Autoland på flygplan av jettyp. Automatiska inflygningar och automatiska landningar registrerades av WE189 men utvecklingen avbröts i april 1956 när anläggningarna vid Woodbridge, som hade den enda lämpliga kabelinstallationen, upphörde att vara tillgängliga för BLEU. Utvecklingen av auto-flare och automatisk avsparksdrift fortsatte vid RAF Wittering , men i september samma år kraschade WE189 , som återvände från tester i Wittering, på grund av motorbortfall när de återvände till sin bas vid Martlesham Heath. Piloten, Flt. Löjtnant Les Coe och BLEU-forskaren med ansvar för projektet, Joe Birkle, dödades.
Tidigt 1957 flyttade BLEU från Martlesham Heath till ett nyutrustat flygfält vid Thurleigh , basen för RAE Bedford. Utvecklingen fortsatte i en tredje Canberra, WJ992 , baserat på resultaten som erhållits med WE189 . Experimentflygningar i WJ992 började sent 1957, vilket ledde till automatiska landningar med automatisk gasreglage i mars 1958. Följande anteckningar är från loggboken för BLEU-teknologen som utförde utvecklingen: 10 mars 1958 (den 38:e flygningen i det programmet): " Mycket lite avdrift, ca 0,3g – höjder 150-55-15-0". Det var med manuell gas, men autogas användes den 12 mars, i stark sidvind. Den 17 mars såg "stark medvind, 20 – 25 kt., uttalad float" och den 20 juni, efter justeringar under ytterligare 20 flygningar: "inte illa – ca 0,7 g fint på huvudhjulen - startar drift OK". Sedan den 26 juni: "Trottlar av vid 50 fot. Mycket glädjande resultat" och den 20 augusti "händer och fötter av". Registreringar av automatiska landningar i det flygplanet startade den 8 juli 1958, flight nr. 69. Resultat för automatiska landningar i Canberra-flygplan citerades av Wood 1957 och publicerades av Charnley 1959, som för ett "medelstort jetflygplan". I oktober 1958 hade BLEU slutfört över 2 000 helautomatiska landningar, främst i flygplanen Canberra och Varsity.
V-bomberprojektet för att installera och utveckla Autoland på Vulcan XA899 , som ursprungligen klassificerades som Secret , pågick parallellt med Canberra och Varsity-arbetet. De första automatiska landningarna i Vulcan gjordes mellan december 1959 och april 1960. Försök genomfördes senare samma år och systemet accepterades för militärtjänstgöring 1961.
Man insåg att ledarkabel skulle vara opraktisk på vissa flygplatser, men att det kunde undvaras om förbättringar kunde göras av ILS. Vissa förbättringar resulterade från ett smalstrålande lokalisatorantennsystem utvecklat av BLEU under tidigt 1950-tal och 1958 hade automatiska landningar gjorts med endast ILS lokalisator för azimutvägledning. Det krävde en bra plats, men i början av 1960-talet förbättrade radikalt nya antenndesigner för ILS-sändarna som utvecklats av Standard Telephones & Cables (ST&C) ILS till en sådan grad att ledarkabel kunde undvaras.
Under många år hade det pågått diskussioner mellan det brittiska luftfartsministeriet och US Federal Aviation Agency (FAA) om vägledningshjälpmedel för att landa i dålig sikt. Amerikanerna föredrog en "pilot in the loop"-teknik, med förbättrade hjälpmedel för piloten, framför det helautomatiska systemet som föredrogs i Storbritannien. 1961, för att få erfarenhet av "BLEU automatiska landningssystem" skickade FAA en Douglas DC-7 till RAE Bedford för att systemet skulle installeras och testas. Efter det och ytterligare tester vid återkomsten till Atlantic City var FAA övertygade och stödde därefter starkt en helautomatisk lösning på allvädersproblemet som senare antogs internationellt.
Fram till det skedet hade Autoland-systemet endast realiserats som ett "enfils"- eller enkanalssystem, utan någon redundans för att skydda mot utrustningsfel. Under slutet av 1950-talet och början av 1960-talet ledde ökat samarbete mellan BLEU, den brittiska civila luftfartsmyndigheten (CAA) och företag inom flygindustrin med BEA och BOAC till definitionen av säkerhetskrav i termer av en specifikation för maximala tolererbara felfrekvenser. 1961 utfärdade UK Air Registration Board (ARB) i CAA ett arbetsdokument BCAR 367 "Airworthiness Requirements for Autoflare and Automatic Landing" som låg till grund för definitionerna för vädersiktskategorier som antogs av ICAO 1965. 1959 ingick kontrakt placerades av BEA och BOAC för att utveckla automatisk landning, baserad på Autoland, för Trident och VC10. Trident använde ett triplexsystem utan gemensamma element, så att ett fel i en av de tre kanalerna kunde upptäckas och den kanalen elimineras. "Obesvärsfrånkopplingar" var ett tidigt problem med det systemet, som så småningom löstes av industrin, med hjälp av vridmomentomkopplare med en kontrollerad grad av förlorad rörelse. Införandet av Autoland för kategori 3-drift i BEA:s Trident-flotta krävde en enorm insats av BEA, Hawker Siddeley Aviation, Smiths Industries och BLEU. Ett triplexsystem utvecklades också av Smiths och BLEU för RAF:s fraktfartyg i Belfast .
VC10 använde ett Elliott duplicerat övervakat system . Senare var Concorde -systemet i grunden en förbättrad version av VC10, som gynnades av framstegen inom elektronisk kretsteknologi under slutet av 1960-talet. År 1980 hade Trident genomfört mer än 50 000 automatiska landningar i drift. VC10 samlade på sig 3 500 automatiska landningar innan användningen av systemet begränsades 1974 av ekonomiska skäl. År 1980 hade Concorde utfört nästan 1 500 automatiska landningar i passagerartrafik.
BLEU (som döptes till Operational Systems Division of RAE 1974) fortsatte att spela en ledande roll i utvecklingen av flygledningssystem, med användning av en mängd olika flygplan inklusive DH Comet , BAC 1–11 , HS 748 (för att ersätta Varsities, som hade varit de viktigaste "arbetshästarna" för BLEU-experiment i mer än ett decennium) och VC-10 fram till stängningen av RAE Bedford 1994.
BLEU-system
BLEU visste att ett idealiskt system skulle kräva komponenter baserade på marken och i flygplan. Det förstnämnda systemet skulle behöva bestå av en signal utan markanvändningsproblemen för det kabelbaserade systemet eller noggrannhetsproblemen med ILS. Alla inkommande flygplan skulle behöva vara utrustade med en sensor för att ta emot signalen, en superexakt höjdmätare och en pålitlig autopilot . De barometriska höjdmätarna som användes vid den tiden var endast kapabla att ge en grov uppskattning av höjden, så BLEU utvecklade en planbaserad radarhöjdmätare för att komplettera sin stråle så att plan visste när de skulle blossa upp för landning.
BLEU:s arbete resulterade i ett system med samma namn för att kontrollera flygplanslandningar. Flyglöjtnant Noel Adams gjorde den första automatiska landningen den 3 juli 1950 i BLEU:s testplan, en Vickers Varsity . Efter att ha visat systemets framgång behövde BLEU bevisa att det var säkert. Den krävde standarden var att vilket landningssystem som helst inte kunde orsaka mer än en olycka på var tionde miljon landningar. BLEU:s ingenjörer fortsatte att förfina systemet när dess testpiloter gjorde otaliga automatiserade landningar i Varsity. När den var stängd på grund av dimma skulle de göra testlandningar på London Heathrow International Airport .
I sin tidning från 1959 avslutade John Charnley, dåvarande superintendent för BLEU, en diskussion om statistiska resultat med att säga att "det är rimligt att hävda att inte bara det automatiska systemet kommer att landa flygplanet när vädret hindrar den mänskliga piloten, den utför också operationen mycket mer exakt". Systemet godkändes för kommersiellt bruk 1964, och den 4 november 1964 landade kapten Eric Poole en British European Airways- flygning på Heathrow med en sikt på 40 meter, vilket var den första användningen av systemet för att landa ett kommersiellt flyg under så svåra förhållanden .
Arv
BLEU spelade en viktig roll i utvecklingen av autolanding, och ättlingar till dess system används fortfarande över hela världen idag.