Компания «Базис» приняла участие во всероссийской светотехнической конференции «Архилайт» 2022

Полный текст доклада по аэродромному посадочно-сигнальному светодиодному прожектору АСП-1800 «ГЕЛИОС» Технического директора ООО «БАЗИС» Маркова Алексея Васильевича на Всероссийской светотехнической конференции «Архилайт» 2022

       После участия в форуме «Армия-2017» компанией были реализованы ряд НИР и ОКР в сотрудничестве с другими организациями, работающими в интересах силовых структур. В процессе работ были косвенно озвучены задачи по созданию мощного и надежного светодиодного осветительного оборудования для организации полетов, концентрированного освещения территорий, поиска объектов в темное время суток. В настоящее время основным осветительным приборов для таких целей является прожектор АПП-90 и его разновидности. Оптическая система прожектора состоит из параболического зеркала, сменного дополнительного рассеивателя и источника света. В настоящее время в качестве такого источника выступает разрядная металлогалогенная шаровая лампа высокого давления ДРИШ-2500 производства завода Лисма из г. Саранска или ее различные аналоги. Основным недостатком данного источника света малый срок службы около 200 -400 часов, быстрая деградация светового потока лампы, начиная уже с 60-80% заявленного срока службы. Несколько лучше показывают себя аналогичные лампы компании Филипс. Время их работы достигает 2000 часов. Данные производителя сильно расходятся с реальными цифрами в условиях эксплуатации. Включение-выключение такой лампы требует определенного времени, причем имеется зависимость срока службы от циклов включения-выключения. Осветительные установки с таким источником света применяются и в качестве морских сигнальных систем. В случае передачи световых сигналов в этом случае используется светонепроницаемая штора, управляемая механически. Относительно велика и потребляемая мощность, составляющая около 3 кВт для лампы ДРИШ-2500 с учетом потерь в системе питания и поджига. Неоспоримыми преимуществами данного оборудования является довольно высокое качество оптической системы, позволяющее получить узко концентрированный световой луч с максимальной осевой силой света до 70 000 000 кд и достаточно понятная и простая конструкция. Изучив задачи, которые прежде всего ставятся перед оборудованием подобного назначения, были сделаны выводы о приоритете параметров надежности, оперативности управления (в том числе и кривой силы света), низкого энергопотребления и возможности регулировки или импульсной модуляции светового потока в светосигнальных морских и сухопутных системах. В 2019г. компанией было принято решение о начале работ в данном направлении.
       Для построения светодиодной осветительной системы с узко концентрированной КСС были рассмотрены различные серийно выпускаемые линзы компании Ледил. Отдельно хочу поблагодарить представителей компании (Сакена Юсупова, Екатерину Ильину) в консультационной помощи и проведении моделирования работы линз с различными типами светодиодов. Изначально было понятно, что достижение максимально возможной осевой силы света может быть получено только при минимально возможной апертуре источника света. Поэтому выбор пал на светодиодные сборки и одиночные светодиоды, предназначенные для построения систем головного света автомобилей. Размер излучающей поверхности одиночного светодиода такой сборки очень мал, от 1 до 1.5 мм. кв. при подводимой мощности к кристаллу до 3 Вт. В настоящее время уже присутствуют на рынке одиночные светодиоды для автомобильной оптики с апертурой не более 2 мм. кв. и подводимой мощностью до 18 Вт. Я сознательно делаю упор на подводимую мощность, а не на световой поток в данном случае. Работы продолжаются, и проблемы долгосрочной работы кристалла в столь нагруженном режиме обязательно надо учитывать при проектировании таких систем. Если матрица из пяти светодиодов с потребляемой мощностью 15 Вт имеет достаточно большую площадь теплопередачи и вполне можно работать со стандартными платами на алюминии, то отвести тепло от основания светодиода, площадью около 6.5 мм.кв. при подводимой мощности до 18 вт достаточно сложно. Работы в целях решения данной проблемы проводятся, методы решения могут быть разные, поэтому отдельно останавливаться на этом не буду. После выбора светодиодов, при неоценимой помощи лаборатории Архилайт в проведении различных измерений, были изучены несколько типов вторичной оптики компании Ледил. Наилучшие результаты были получены с полноценной оптической системой Seanna A. Блок, собранный на базе 8 линз Seanna со светодиодами Осрам Ослон, при потребляемой мощности около 100 Вт позволил получить световой поток около 9000 лм и осевую силу света 1 800 000 кд при углах излучения по половинной интенсивности 2 и 3 градуса в вертикальной и горизонтальной плоскости соответственно. Данные результаты фактически стали основанием для проведения дальнейших работ.
       Результаты изысканий в рамках работы позволили сформировать технический облик будущей осветительной установки. В качестве прототипа был взят прожектор АПП-90, как единственный осветительный прибор, используемый на сегодняшний день различными структурами, для которого сформирована тактика применения, требования к освещению различных объектов и техническим характеристикам.
- Максимальная осевая сила света 70 000 000 кд
- Углы излучения в:
       - вертикальной плоскости не более 3 градусов (по уровню 0,1)
       - горизонтальной плоскости 3, 15 и 50 градусов (по уровню 0,1 со сменными рассеивателями)
- Световой поток около 160000лм (расчетное, без рассеивателя, для угла 3*3 градуса)
- Потребляемая мощность 3 кВт
- Диаметр зеркала 900мм, габаритный размер 2000мм*1600*1700мм
- Масса 900 кг
Данные взяты из открытых источников. Также были изучены кривые равной освещенности для данного типа прожектора.
       Для получения приемлемого результата было принято решение о производстве опытного «демонстратора технологии» на основе 64 одинаковых сегментов с применением оптических систем Seanna A и четырехкристальных светодиодных сборок Осрам Ослон. Сегменты разбиты на 16 узлов по 4 линзы и расположены на общей опорно-поворотной раме. Изменение КСС осуществляется поворотом сегментов друг относительно друга на расчетные значения углов.
       Ожидаемые светотехнические параметры были несколько ниже, чем заявленные у прототипа:
- Максимальная осевая сила света около 15 000 000 кд
- Углы излучения в :
     - вертикальной плоскости 2 градуса (по уровню 0.5)
     - горизонтальной плоскости 3-55 градусов (плавная регулировка)
- Световой поток 72000лм
- Потребляемая мощность 960 Вт
- Размер светового блока в сборе 1700*1700*250мм
- Масса около 180 кг.
       Для сравнения реальных показателей вертикальной освещенности прототипа и вновь созданного изделия, совместно с НПК «Фаворитъ», были проведены натурные измерения на территории выведенного из эксплуатации аэродрома в Монино. В режиме широкого луча (50 градусов в горизонтальной плоскости) были сформированы кривые равной освещенности для двух испытуемых изделий. Несмотря на меньший световой поток, светодиодный прожектор обеспечил фактически одинаковые значения вертикальной освещенности объектов в сравнении с прототипом. В то же время представителями НПК «Фаворитъ» был высказан ряд замечаний. Неприемлемыми оказались габариты изделия, его парусность, что делало невозможным размещение установки на базе УАЗ «буханка» или УАЗ «Патриот», малое значение светового потока и осевой силы света в данном случае уже входили в явное противоречие с допустимыми размерами установки. Но был отмечен ряд неоспоримых преимуществ. Возможность регулировки светового потока, возможность импульсной модуляции светового потока, малое время включения-выключения установки, высокая надежность источников света, высокая боевая устойчивость за счет сегментирования, малая масса, сниженное энергопотребление, фактическое отсутствие деградации источников света на весь срок службы, отсутствие регламентных работ по замене источников света, сохранение работоспособности при выходе из строя отдельных элементов, возможность оперативной регулировки КСС.
      В результате проведенных работ и высказанных замечаний ООО «БАЗИС» и НПК «Фаворитъ» было сформировано Т. З. на разработку аэродромного посадочного прожектора АСП-1800:
- Максимальная осевая сила света не менее 30 000 000 кд
- Углы излучения в:
     - вертикальной плоскости 2 градуса (по уровню 0.5)
     - горизонтальной плоскости 3-55 градусов (плавная регулировка)
- Световой поток не менее 160000лм
- Потребляемая мощность не более 2000 Вт
- Размер светового блока не более 1280*1280*300мм
- Масса не более 100 кг
       Данные параметры не могли быть реализованы с применением оптической системы Seanna A. Для построения новой осветительной установки было необходимо разработать собственную оптимизированную оптическую систему. Требовалось максимально эффективно заполнить допустимую полезную площадь установки. Т.е. для этих целей не подходила оптика, полностью выполненная как тело вращения. При расчете был принят курс компромисса между максимально возможным оптическим КПД, минимально возможными линейными размерами и заявленными углами излучения. Оптическая система Seanna A была изучена и принята за прототип. Разработанная оптическая система тоже состоит из двух элементов, коллиматорной линзы и линзы Френеля. В отличие от коллиматора Seanna А новый элемент выполнен в виде асферической линзы. Это позволило уменьшить размер коллиматора с небольшим увеличением потерь. Линза Френеля была усечена по хордам для получения прямоугольной формы. Так как был уже выбран источник света, были проведены расчеты и ряд измерений прототипов для коррекции усеченной линзы Френеля под светотехническую модель конкретного светодиода. В результате проведенных работ была получена оптическая система, с размерами 105*85*60мм, оптимизированная для пятикристального светодиода Ослон Блэк Флэт. Данная оптическая система позволила улучшить всю конструкцию с точки зрения габаритов и массы. В допустимом по Т.З. размере 1280*1280 мм светового блока удалось разместить 108 однотипных модулей с дополнительно увеличенным на 20 процентов световым потоком за счет замены источника на пятикристальный светодиод. В предыдущей установке, как уже упоминалось их было 64. Тем самым было достигнуто увеличение светового потока. Выросла и осевая сила света как за счет общего роста энергетической составляющей, так и за счет замены светодиода на пятикристальный. В данном случае попадание третьего светодиода матрицы на геометрическую ось излучения вторичной оптики тоже сыграло свою положительную роль. Так же удалось отказаться от изготовления общего держателя линзы коллиматора и линзы Френеля. Точность позиционирования достигается конструкционно. Вся проделанная работа позволила создать установку, полностью соответствующую Т.З.
       Хочу выразить отдельную благодарность лаборатории Архилайт, лично Сергею и Александру за проведенные измерения светотехнических параметров установки. Задача для лаборатории была не совсем обычная. Потребовались значительные усилия, в том числе и физические, чтобы получить необходимые данные. По факту коллектив лаборатории непосредственно осуществлял длительную техническую поддержку проекта. Были проведены более 25 различных тестов и измерений до получения конечного результата.

Ссылка на источник