ИНТЕГРИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС БОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ РАЗНОРОДНОЙ АРХИТЕКТУРЫ
INTEGRATED ONBOARD EQUIPMENT SET OF DIFFERENT ARCHITECTURE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано на пассажирских летательных аппаратах. Комплекс бортового оборудование является совокупностью технических средств (агрегатов, приборов, машин и т.п.), устанавливаемых на борту летательного аппарата.
Уровень техники
Эффективность применения авиационной техники неразрывно связана с проблемой безопасности полетов в ожидаемых условиях эксплуатации, и успешное ее решение в значительной мере обусловливает перспективы развития как гражданской, так и военной авиации.
Интенсивность использования авиационной техники и расширение круга выполняемых ею функциональных задач обусловливает возрастание роли бортовых средств автоматизированного контроля, диагностики и управления авиационным оборудованием, информационной поддержки принятия управляющих решений и разгрузки экипажа при обеспечении безопасности функционирования элементов бортового эргатического комплекса «Экипаж - бортовое оборудование - воздушное судно» в контуре штурвального и автоматического управления самолетом.
Для обеспечения безопасности полета в условиях возможных нештатных ситуаций на самолетах, используют бортовые средства инструментальной поддержки экипажа: системы предупреждения критических режимов, системы контроля и сигнализации отказов, системы электронной индикации и др.
Возрастание количества функциональных систем, агрегатов и других объектов бортового оборудования современной авиационной техники, подвергаемых контролю при проверке, предполетной подготовке и в процессе полета, увеличение числа критических параметров полета, влияющих на уровень безопасности, обусловливает необходимость дальнейшей автоматизации процессов контроля текущего состояния воздушного судна, бортового оборудования и действий экипажа, формирования управляющих воздействий и принятия оперативных решений на всех этапах от наземного обслуживания и предполетной подготовки до взлета, полета, посадки и руления под общим контролем экипажа.
Из уровня техники известна платформа интегрированной модульной авионики (см. публикацию патента RU 2413280 С1, МПК G06F 9/02, опубл. 27.02.2011) выполненная в виде одного или двух крейтов, содержащих две подсистемы с установленными в каждой подсистеме коммутатором и двумя парами вычислительных модулей. Использование в известной платформе нескольких настраиваемых многофункциональных программных средств приводит к сложности при настройке штатного режима работы такой платформы интегрированной модульной авионики. Сложность и большое количество ответственных элементов и датчиков приводят к снижению надежности работы комплекса и возникновению опасных ситуаций при отказах в дублированных узлах, например контроллеров, находящихся в составе вычислительных средств
В уровне техники также раскрывается система управления самолетом, включающая в себя вычислительную часть с резервированным процессорным определением локальных сигналов управления в зависимости от сигналов сенсоров вводимых летчиком команд, разветвленную сеть из линий передачи данных, согласующие устройства и исполнительные органы с индивидуальными для управляемых элементов приводами (см. публикацию международной заявки WO 01/93039 А1, МПК G06F 11/16, опубл. 06.12.2001), однако функциональные возможности указанной системы ограничены, и поэтому она не удовлетворяет ряду требований, предъявляемым к современным пассажирским самолетам.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого комплекса бортового оборудования с разнородной архитектурой является информационно-управляющая система летательного аппарата, известная из публикации патента RU 2392586 С1, МПК G01C 23/00, опубл. 20.06.2010. Данная известная информационно-управляющая система летательного аппарата, определенная в качестве наиболее близкого аналога предлагаемого изобретения, содержит информационно-управляющее поле, бортовую цифровую вычислительную систему, блок ввода-вывода и управления обменом, блок формирования пилотажно-навигационных параметров, базу данных полетного задания, блок-концентратор сигналов, блок формирования и интеграции данных для индикации и приема управляющих воздействий, блок управления и контроля общесамолетного оборудования, блок управления электронным противодействием, блок обеспечения маловысотного полета, блок обеспечения группового самолетовождения, блок управления записью на средства объективного контроля и блок управления режимами.
Недостатком решения, определенного в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является сложность настройки и установки на летательный аппарат, а также несоответствие известной информационно-управляющей системы требованиям надежности, предъявляемым к современным пассажирским магистральным самолетам.
Сущность изобретения
Целью предлагаемого изобретения является создание интегрированного комплекса бортового оборудования, обеспечивающего повышение безопасности полета пассажирского летательного аппарата.
Сущность изобретения заключается в том, что комплекс бортового оборудования содержит бортовое радиоэлектронное оборудование, содержащее средства управления и индикации, вторичную систему и вычислительное ядро, соединенные между собой посредством бортовой сети информационного обмена, причем вычислительное ядро включает первый, второй, третий центральные вычислители, и четвертый, пятый и шестой центральные вычислители, соединенные с бортовой сетью информационного обмена через первый и второй коммутаторы AFDX; комплексный потолочный пульт и интегрированную систему сбора, контроля и регистрации полетной информации, подключенные к упомянутой бортовой сети информационного обмена; систему управления общесамолетным оборудованием, включающую первый и второй блоки вычислителей-концентраторов, первые входы-выходы которых подключены к упомянутой бортовой сети информационного обмена, а вторые входы-выходы - к первым входам-выходам блока преобразования сигналов и блока защиты и коммутации, вторые входы-выходы которых подключены к общесамолетному оборудованию; систему управления комплексной системой управления, содержащую первый и второй информационно-вычислительные комплексы, подключенные к упомянутой бортовой сети информационного обмена; вычислительную часть маршевой силовой установки, содержащую первый и второй блоки управления и контроля, подключенные к упомянутой бортовой сети информационного обмена, общесамолетные системы с собственными вычислителями, включающие подключенные к упомянутой бортовой сети информационного обмена контроллер системы энергоснабжения, пульт бортпроводника, контроллер системы кондиционирования воздуха, электронный блок управления вспомогательной силовой установки; контроллер системы основного и резервного питания, контроллер системы автоматического регулирования давления и контроллер системы противопожарной защиты при этом упомянутые центральные вычислители, а также первый и второй блоки вычислителей-концентраторов, первый и второй блоки управления и контроля маршевой силовой установки, а также все упомянутые контроллеры выполнены по разнородной архитектуре.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности интегрированного комплекса бортового оборудования.
Другим техническим результатом предлагаемого изобретения также является: повышение производительности (снижение времени приема/передачи управляющих команд) вычислительной системы КБО за счет применения разнородных вычислителей при формировании управляющих команд, используемых одновременно для решения различных функциональных задач по управлению самолетными системами.
Заявленный технический результат достигается за счет применения в составе предлагаемого интегрированного комплекса бортового оборудования разнородных вычислителей, выполняющих идентичные операции, при выполнении функциональных задач по самолетовождению и управлению самолетными системами. Применение разнородных вычислителей позволяет повысить надежность за счет того, что при одном и том же непредвиденном воздействии, в разнородных вычислителях исключается появление одинаковых ошибок, сбоев, выхода из строя.
Еще одним техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей интегрированного комплекса бортового оборудования.
Раскрытие изобретения
Аппаратура, машины и агрегаты на борту летательного аппарата структурно объединяются в системы, предназначенные для решения отдельных задач. Отдельные системы объединяются в более крупные структурные образования - комплексы. Таким образом, комплекс бортового оборудования - это совокупность конструктивно и функционально связанных систем, приборов, датчиков, вычислительных устройств. Все радиоэлектронное оборудование летательного аппарата, независимо от принадлежности к той или иной из перечисленных групп, часто называют авионикой. Состав авионики для современных пассажирских летательных аппаратов можно разделить на следующие группы:
- системы первичной информации;
- радионавигационные системы;
- радиосвязные системы;
- системы автоматического пилотирования;
- бортовые информационные системы;
- прочие пилотажно-навигационные системы.
Согласно предлагаемому изобретению, для реализации функций управления системами и БРЭО, входящих в состав КБО, используется вычислительное ядро, построенное по принципу открытой архитектуры, основу которого составляют вычислители CPIOM. Принцип открытой архитектуры предписывает иметь открытую сетевую отказоустойчивую функционально-ориентированную архитектуру на базе масштабируемой ИМА с использованием единой вычислительной среды (платформы).
Функции отдельных систем комплекса в этом случае выполняют программные приложения, разделяющие общие вычислительные и информационные ресурсы.
Важной особенностью такой архитектуры является отсутствие "жестких" раз и навсегда установленных связей между блоками и системами, входящими в состав бортового оборудования (информационными каналами) и вычислительными средствами.
Это позволяет реализовать динамическую реконфигурацию структуры КБО с соответствующим перераспределением ресурсов.
При отказе вычислителей CPIOM для реализации ограниченного числа функций управления системами и БРЭО подключаются вычислительные мощности двух блоков вычислителей-концентраторов БВК 1 и БВК 2 из состава системы СУОСО и не входящей в состав БЦИМВС и построенной по принципу закрытой архитектуры.
Принцип закрытой архитектуры относится к функциям, реализованным в виде быстросменных блоков (LRU) имеющих "жесткие", раз и навсегда установленные связи между датчиками бортового оборудования (информационными каналами) и вычислительными средствами.
Отличия между вычислителями БВК и CPIOM также заключаются в следующем:
- вычислители БВК выполнены без конструктивных особенностей блоков CPIOM несущих в себе идеологию IMA со сменными вычислительными модулями, построенными на принципах открытой архитектуры);
- существенным отличием вычислителей CPIOM от вычислителей БВК является отсутствие в последних собственной операционной системы (построены по «жесткой» логике);
- схемотехнические решения и элементная база разработаны различными производителями;
- программное обеспечение выполнено различными группами разработчиков и независимыми фирмами.
Предлагаемый интегрированный комплекс бортового оборудования разнородной архитектуры выполняет следующие функции:
- обеспечение автоматического и ручного самолетовождения в ожидаемых условиях эксплуатации;
- измерение, вычисление и выдачу пилотажно-навигационной информации для автоматического и ручного самолетовождения, включая полет в неблагоприятных погодных условиях в любое время суток и года, во всех физико-географических условиях, по оборудованным и необорудованным воздушным трассам;
- отображение экипажу навигационно-пилотажной, картографической и справочной информации, информации о техническом состоянии систем, оборудования и самолета в целом, а также формирование и выдачу экипажу предупреждающих и аварийных сообщений, команд и инструкций;
- обеспечение выполнения действующих и перспективных норм продольного, бокового и вертикального эшелонирования, принятых для отечественных и зарубежных трасс, в том числе связанным с реализацией концепции Глобального аэронавигационного плана (CNS/ATM) и концепции «Free Flight» Международной организации гражданской авиации (ИКАО)
- взаимодействие с наземными и спутниковыми средствами навигации и посадки, а также с наземными пунктами управления воздушным движением (УВД);
- обеспечение радиотелефонной связи и цифровой передачи данных с наземными пунктами и другими самолетами на всех этапах полета;
- автоматический контроль состояния систем комплекса и выдачу данных в бортовую систему техобслуживания, а также передачу на наземный пункт;
- контроль работы систем и силовой установки;
- аварийную регистрацию параметров систем и оборудования;
- выдачу информации о состоянии систем для проведения технического обслуживания.
В состав предлагаемого интегрированного комплекса бортового оборудования разнородной архитектуры входят:
1) средства отображения информации, включающая пять цветных широкоформатных жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ), резервные приборы;
2) бортовая центральная интегрированная модульная вычислительная система в составе N центральных вычислителей с программными приложениями (N - целое число);
3) два комплекта многофункциональных пультов управления;
4) пилотажно-навигационное оборудование и навигационно-посадочное радиотехническое оборудование;
5) комплексная система управления (КСУ);
6) система управления общесамолетным оборудованием;
7) блоки управления и контроля силовых установок;
8) блоки управления и контроля системой кондиционирования воздуха (СКВ) и системой автоматического регулирования давления (САРД);
9) комплексный потолочный пульт (КПП);
10) пульты управления средствами отображения информации;
11) пульты бортпроводников;
12) интегрированная бортовая система контроля, обработки и регистрации полетных данных (ИССКОР) и бортовая система технического обслуживания (БСТО);
13) система распределения электроэнергии.
Предлагаемый комплекс интегрированного бортового оборудования разнородной архитектуры обеспечивает решение следующих задач:
- автоматизацию самолетовождения по запрограммированному маршруту в пространстве с возможностью оптимизации параметров полета по расходу топлива;
- выдачу пилотажно-навигационной информации для обеспечения автоматического захода на посадку и посадки по нормам I, II, IIIА и IIIВ категорий ИКАО по данным система инструментального захода самолетов на посадку радиомаячной метрового (instrument landing system, ILS) и сантиметрового (microwave landing system, MLS) диапазонов, а также спутниковой системы навигации (GPS и/или ГЛОНАСС).
- формирование речевой, звуковой и световой сигнализации о выходе параметров полета за эксплуатационные ограничения самолета;
- определение координат места самолета, автоматическую и ручную коррекцию счисленных координат по радиотехническим системам ближней навигации и глобальной спутниковой системы GPS, ГЛОНАСС и характерным ориентирам;
- определение времени полета и расстояния до любого пункта маршрута или аэродрома по заданной траектории полета и по кратчайшему расстоянию, располагаемого времени и расстояния по фактическому остатку топлива на выбранном или рекомендованном оптимальном режиме полета;
- обнаружение и формирование с отображением сигналов о приближении к опасным гидрометеообразованиям, повышенной турбулентности атмосферы, в том числе опасного сдвига ветра;
- обзор земной поверхности для решения навигационных задач;
- автоматический контроль технического состояния систем в полете и при техническом обслуживании с выдачей информации экипажу и инженерно-техническому персоналу;
- формирование и выдачу информации в бортовую систему регистрации полетной информации;
- двухстороннюю связь в любой момент полета с наземными и бортовыми авиационными радиостанциями;
- цифровой обмен данными;
- ведение внутренней двухсторонней связи между всеми членами летного экипажа и оповещение пассажиров в полете;
- звуковое и речевое оповещение экипажа об особой ситуации в полете;
- подачу сигнала для привода поисково-спасательных средств от аварийных маяков вне аэродрома.
Средства отображения информации, входящие в состав предлагаемого интегрированного комплекса бортового оборудования разнородной архитектуры предназначены для отображения информации о пилотажно-навигационной и воздушной обстановке, о состоянии и параметрах силовой установки и бортовых систем, и сигнальной информации.
Средства отображения информации содержат пять цветных широкоформатных жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) и резервные приборы. К средствам отображения информации относятся индикаторы пилотажного формата (primary flight display, PFD), индикаторы на лобовом стекле индикаторы систем управления полетом (flight management system, FMS), индикаторы навигационной обстановки (navigation display, ND), индикатор отображения параметров двигателей и параметров самолетных систем, аварийной и предупреждающей сигнализации (engine warning display, EWD) и индикатор состояния пилотажных систем (synoptic display, SD). Также к средствам отображения информации относятся электронные полетные планшеты.
Средства отображения информации выполняют следующие функции:
- отображение пилотажной информации;
- отображение навигационной информации;
- отображение информации о состоянии и параметрах силовой установки и бортовых систем;
- отображение сигнальной информации;
- отображение информации о достижении контролируемыми параметрами полета границ эксплуатационных допусков;
- управление информацией, отображаемой на средствах индикации в кабине пилотов;
- обработка выставленных пилотами заданных значений параметров;
- выдача информации потребителям, а также в интегрированную систему сбора, контроля, обработки и регистрации полетной информации (ИССКОР) (бортовой регистратор).
Информация (данные) для отображения на средствах отображения информации поступает на них по сети передачи данных Ethernet от бортовой центральной интегрированной модульной вычислительной системы.
Сеть передачи данных Ethernet является классическим примером протокола CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий). CSMA/CD - это технология (группа стандартов IEEE 802.3) множественного доступа к общей передающей среде в локальной компьютерной сети с контролем коллизий, применяемая, в частности, в спецификации ARINC-664, также известной как AFDX. CSMA/CD относится к децентрализованным квазислучайным методам и используется как в обычных сетях типа Ethernet, так и в высокоскоростных сетях, таких как Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Если во время передачи кадра рабочая станция обнаруживает другой сигнал, занимающий передающую среду, она останавливает передачу, посылает jam signal и ждет в течение случайного промежутка времени (известного как «backoff delay» и находимого с помощью алгоритма «truncated binary exponential backoff»), перед тем как снова отправить кадр. Обнаружение коллизий используется для улучшения производительности с помощью прерывания передачи сразу после обнаружения коллизии и снижения вероятности второй коллизии во время повторной передачи. Методы обнаружения коллизий зависят от используемого оборудования, но на электрических шинах, таких как Ethernet, коллизии могут быть обнаружены сравнением передаваемой и получаемой информации. Если она различается, то другая передача накладывается на текущую (возникла коллизия) и передача прерывается немедленно. Посылается jam signal, что вызывает задержку передачи всех передатчиков на произвольный интервал времени, снижая вероятность коллизии во время повторной попытки.
Бортовая центральная интегрированная модульная вычислительная система (БЦИМВС) обеспечивает выполнение и управление выполнением ряда независимых программных приложений (программного обеспечения) авионики, которые осуществляют решение разнородных по архитектуре авиационных задач. Аппаратное оборудование каждого вычислительного модуля (такое как входы и выходы, память, время процессора) может быть разделено между разделами программного обеспечения (ПО).
Вычислительный модуль является частью вычислительной машины и осуществляет связь между вычислительными мощностями бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) и различными типами ресурсов ввода/вывода.
Предлагаемый интегрированный комплекс бортового оборудования разнородной архитектуры содержит N вычислительных модулей с программными приложениями (N - целое число).
Межгосударственным авиационным комитетом определены пять уровней гарантии разработки комплекса бортового оборудования, с уровня А до уровня Е, соответствующие пяти категориям отказных состояний:
- катастрофическое (уровень А) является отказным состоянием, для которого принимается, что при его возникновении предотвращение гибели людей оказывается практически невозможным;
- аварийное (уровень В), - это отказное состояние, которое может привести к значительному ухудшению характеристик воздушного судна, и/или физическому утомлению или такой рабочей нагрузке экипажа, что уже нельзя полагаться на то, что он выполнит свои задачи точно и полностью;
- сложное (уровень С), - это такое отказное состояние, которое может привести к заметному ухудшению характеристик воздушного судна, и/или выходу одного или нескольких параметров за эксплуатационные ограничения, но без достижения предельных ограничений, и/или уменьшению способности экипажа справиться с неблагоприятными условиями, как из-за увеличения рабочей нагрузки, так и из-за условий, понижающих эффективность действий экипажа;
- усложнение условий полета (уровень D) является отказным состоянием, которое может привести к незначительному ухудшению характеристик летательного аппарата, и/или незначительному увеличению рабочей нагрузки на экипаж;
- без последствий (уровень Е) - это отказное состояние, которое не влияет на характеристики воздушного судна и не увеличивает рабочую нагрузку на экипаж.
Каждый из N вычислительных модулей бортовой центральной интегрированной модульной вычислительной системы, входящей в состав предлагаемого интегрированного комплекса бортового оборудования разнородной архитектуры, состоит из следующих частей:
- вычислительное ядро (ЦП, память и т.п.), включая контроллер Ethernet, в варианте осуществления настоящего изобретения являющегося контроллером ARINC-664;
- преобразователь сигналов ввода-вывода;
- встроенный источник питания;
- набор служб системного раздела (системное ПО);
- операционную систему реального времени (ОСРВ) с интерфейсом ARTNC-653, поддерживающим все средства ввода-вывода и вычислительные мощности вычислительного модуля;
ARINC-653 является стандартом на интерфейс прикладного программного обеспечения для применения в авионике и определяет интерфейс между операционной системой (ОС) бортовой центральной интегрированной модульной вычислительной системы и программным обеспечением (приложениями) авионики.
Бортовая центральная интегрированная модульная вычислительная система (БЦИМВС) выполняет следующие задачи:
- обработки и формирования для выдачи на средства индикации в кабине пилотов пилотажной информации;
- обработки и формирования для выдачи на средства индикации в кабине пилотов навигационной информации;
- обработки и формирования для выдачи на средства индикации в кабине пилотов информации о состоянии и параметрах силовой установки и бортовых систем;
- обработки и формирования для выдачи на средства индикации в кабине пилотов сигнальной информации;
- обработки и формирования для выдачи на средства индикации в кабине пилотов информации о достижении контролируемыми параметрами полета границ эксплуатационных допусков;
- обработки и формирования для выдачи на средства индикации в кабине пилотов справочной информации;
- управления информацией, отображаемой на средствах индикации в кабине пилотов;
- обработки выставленных пилотами заданных значений параметров;
- формирования и хранение в ДЗУ сигнальной информации;
- выдачу информации в бортовой регистратор;
- менеджера самолетной сети;
- встроенного контроля собственной работоспособности;
- бортовой системы технического обслуживания;
- системы сбора и преобразования информации;
- системы управления полетом;
- системы предупреждения экипажа;
- сервиса поддержки интеграции и верификации;
- функции мониторинга ресурсов модуля;
- управления радиосредствами;
- предупреждения сваливания.
При подаче питания на бортовую центральную интегрированную модульную вычислительную систему начинается выполнение процедуры начального тестирования с последующей инициализацией, включающей загрузку кода, очистку буферов и регистров, установку переменных и выходов в начальные значения и т.д.
Фаза инициализации обеспечивает подготовку к переходу вычислительного модуля в один из режимов работы. Предусмотрены различные варианты инициализации «холодный старт», «быстрая инициализация» и «горячий старт».
В начале инициализации выполняться только функции управления режимом работы и функции подачи питания, затем осуществляется загрузка операционной системы реального времени (ОСРВ) и выполняет переход к следующему режиму работы в соответствии с результатами инициализации.
После загрузки операционной системы реального времени (ОСРВ) осуществляется загрузка функциональных программных приложений (программного обеспечения) авионики обеспечивающих
функционирование бортовой центральной интегрированной модульной вычислительной системы (БЦИМВС).
В состав предлагаемого интегрированного комплекса бортового оборудования разнородной архитектуры входят многофункциональные пульты управления, предназначенные для работы в составе систем электронной индикации.
Первый и второй многофункциональные пульты управления обеспечивают формирование и выдачу в цифровом виде сигналов от функциональных кнопок, джойстика и от кнопок цифробуквенной клавиатуры в соответствии с ПФ многофункционального пульта управления. Многофункциональные пульты управления выполняют следующие функции:
- выдачу независимых сигналов о нажатии каждой функциональной кнопки;
- выдачу независимых сигналов о нажатии каждой кнопки цифробуквенной клавиатуры;;
- выдачу сигналов о положении джойстика.
Пилотажно-навигационное оборудование и навигационно-посадочное радиотехническое оборудование
Пилотажно-навигационный оборудование предназначено для решения задач навигации и пилотирования самолета на всех этапах полета в простых и сложных метеоусловиях, в любое время года и суток над сушей и над морем. Обеспечивает высокую эффективность выполнения задания, разгрузку экипажа при пилотировании и выводе самолета в заданный район за счет автоматизации.
Пилотажно-навигационное оборудование и навигационно-посадочное радиотехническое оборудование в составе:
- система измерения высотно-скоростных параметров, включающая в себя не менее 3-х каналов;
- три комплекта инерциальной навигационной системы;
- два комплекта радиовысотомеров (РВ);
- один комплект автоматического радиокомпаса (АРК);
- два комплекта радиодальномера DME;
- два комплекта совмещенных приемников VOR/MB;
- два комплекта многорежимных приемников навигации и посадки с функциями ILS/GPS/GLS;
- два комплекта спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС;
- система предупреждения столкновений в воздухе TCAS;
- система предупреждения о приближении к земле TAWS;
- два комплекта ответчика АТС Mode S;
- два комплекта электронного портфеля летчика EFB класса 2;
- радиосвязное оборудование в составе:
- трех комплектов радиостанций УКВ диапазона;
- одного комплекта радиостанции KB диапазона;
- переносной аварийный радиомаяк;
- аппаратуры передачи данных по УКВ и KB каналам связи.
Пилотажно-навигационное оборудование и навигационно-посадочное радиотехническое оборудование обеспечивает выполнение следующих функций:
- непрерывное измерение, вычисление и выдача во взаимодействующие системы пилотажно-навигационной информации;
- измерение текущих значений параметров движения самолета, определение рассогласования между действительным и требуемым законами движения самолета и формирование управляющих воздействий, обеспечивающих реализацию требуемой траектории движения;
- двухсторонней внешней связи между экипажами нескольких самолетов в полете и с наземными пунктами управления воздушным движением, двухсторонней внутрисамолетной связи между членами экипажа и передачи необходимой информации пассажирам самолета;
- решение комплекса навигационных задач, а также посадку самолета в сложных метеорологических и ночных условиях.
Пилотажно-навигационное оборудование и навигационно-посадочное радиотехническое оборудование взаимодействует с бортовой центральной интегрированной модульной вычислительной системой, системой СУОСО, системой КСУ, блоками управления и контроля силовых установок, блоками управления СКВ по линиям информационного обмена стандарта ARTNC-429.
Комплексная система управления (КСУ) предназначена для дистанционного и автоматического управления рулевыми поверхностями самолета на всех режимах и фазах полета, во всех штатных и, особенно, в нештатных летных ситуациях.
Комплексная система управления состоит из двух трехканальных (с разнородной архитектурой) блока управления, датчиков и исполнительных механизмов.
Комплексная система управления (КСУ) обеспечивает электродистанционное управление, как при нормальной работе, так и при расчетных отказах в КСУ и взаимодействующих системах за счет реконфигурации программного и аппаратного обеспечения, следующими рулевыми поверхностями:
- элеронами;
- рулем направления (РН);
- рулем высоты (РВ);
- стабилизатором;
- интерцепторами внешними;
- интерцепторами внутренними;
- ручное управление поворотом передней стойки шасси;
- формирование сигналов управления тормозами колес шасси по командам экипажа и внешних систем;
- управление закрылками и предкрылками самолета;
- управление по командам экипажа и внешних систем воздушными тормозами и гасителями подъемной силы.
Комплексная система управления (КСУ) имеет три режима управления: основной, резервный и аварийный.
Система управления самолетом определяет роль летчика как задатчика требуемых параметров движения на режимах маневрирования или стабилизации, выдерживание которых возлагается на систему управления. Система ручного управления ограничивает возможности пилота по пилотированию в том случае, если действия пилота по управлению воздушным судном могут привести к опасным последствиям, например, выходу на предельные режимы полета по параметрам движения.
Комплексная система управления (КСУ) обменивается информацией с сопрягаемым оборудованием (бортовой центральной интегрированной модульной вычислительной системой (БЦИМВС), интегрированной системой сбора, контроля, обработки и регистрации полетной информации (ИССКОР), системой управления общесамолетным оборудованием (СУОСО) и т.д.) по цифровым кодовым линиям связи стандарта ARINC-429. Стандарт ARINC-429 определяет спецификацию шины передачи данных, обеспечивающей передачу и прием данных между элементами бортового авиационного радиоэлектронного оборудования на одной из трех скоростей: 12,5 Кбит/с, 50 Кбит/с или 100 Кбит/с. Спецификация ARINC 429 определяет также иные параметры, включая тип проводки, уровень электрического напряжения, применяемое кодирование, и распределение меток, установленные форматы дискретных слов данных, а также протоколы передачи файловых данных.
Система управления общесамолетным оборудованием (СУОСО) обеспечивает автоматическое управление и контроль общесамолетного оборудования.
В состав общесамолетного оборудования (ОСО) входят:
- система управления уборкой и выпуском шасси;
- гидравлическая система;
- кислородная система;
- система нейтрального газа;
- система кондиционирования воздуха (СКВ);
- система мониторинга температуры и давления колес;
- система аварийно-спасательного оборудования;
- система водоснабжения и утилизации продуктов жизнедеятельности;
- система контроля положения дверей и люков;
- система бытового и кухонного оборудования;
- система обогрева остекления самолета;
- противообледенительная система (ПОС).
Каждый блок, входящий в состав системы управления общесамолетным оборудованием состоит из двух функционально независимых модулей - основного и резервного.
В состав системы управления общесамолетным оборудованием (СУОСО) входят следующие блоки:
- модульный вычислитель системы управления общесамолетным оборудованием (СУОСО), осуществляющий: прием информации от сопрягаемых самолетных систем через блоки преобразования сигналов БПС-14 по внутрисистемной кодовой линии связи APINC-825, информационный обмен с сопрягаемым оборудованием в соответствии с ГОСТ 18977-79, РТМ 1495-75 с изм. 3, APINC-429 ч. 1, 2, 3 (АС 1.1. 429 ч. 1-16-2003, АС 1.1. 429 ч. 2-15-2003, АС 1.1. 429 ч. 3-18-2003)), со стандартами ARINC-825 (АС 1.1. 825-2009), ARINC-664 (AFDX), прием от сопрягаемого оборудования входных разовых команд первого (РК1) и второго (РК2) типов, самоконтроль, логическую обработку информации, выдачу команд управления в блоки коммутации и защиты по постоянному току (БКЗ), контроль напряжения питания блока, управление светосигнализаторами через блок БУС;
- блок преобразования сигналов (БПС), осуществляющий прием аналоговых и дискретных сигналов от датчиков и агрегатов систем, их первичную обработку и выдачу по внутрисистемной кодовой линии связи ARINC-825, питание отдельных датчиков, контроль напряжения питания блока, самоконтроль, (разрабатывается по отдельному техническому заданию).
- блок коммутации и защиты по постоянному току (БКЗ) осуществляющий прием информации по внутрисистемной кодовой линии связи ARINC-825, прием дискретных сигналов прямого управления от панелей управления самолетных систем, самоконтроль, формирование команд управления исполнительными механизмами общесамолетных систем (27 В), «эхо-контроль» команд управления и защиту выходных силовых цепей блока от перегрузок и короткого замыкания, контроль напряжения питания блока, (разрабатывается по отдельному техническому заданию).
- блок управления обогревом стекол (БУОС), обеспечивающий прием дискретной информации от пульта управления обогревом стекол, прием и первичной обработку аналоговых сигналов с датчиков температуры, коммутацию трехфазного переменного тока на нагревательные элементы, «эхо-контроль» команд управления в части контроля наличия команд управления на выходе твердотельных коммутационных элементов, защиту коммутируемых блоком цепей фидера самолета от перегрузок по току, защиту коммутируемых блоком цепей фидера самолета от электрической дуги, измерения и преобразования в цифровой вид величины напряжения на нагрузке в части коммутируемых блоком цепей, контроля напряжений питания блока, взаимодействие с сопрягаемым оборудованием по кодовой линии связи ARINC 825 (АС 1.1. 825-2009), проведения контроля собственной работоспособности в полете и на земле.
Система управления общесамолетным оборудованием (СУОСО) выполняет следующие функции:
- сбор информации от сопрягаемых систем, датчиков и исполнительных устройств;
- обработку потоков собранных данных в интересах сопрягаемых систем бортовой системы технического обслуживания (БСТО), интегрированной системы сбора, контроля, обработки и регистрации полетной информации (ИССКОР) и КСЭИС (в части КИСС);
- автоматическое управление сопрягаемыми системами самолета на всех этапах полета;
- обмен информацией по кодовым линиям связи в соответствии с ARINC-825 (АС 1.1. 825-2009) между блоками системы СУОСО и с сопрягаемым оборудованием;
- обмен информацией по кодовым линиям связи с сопрягаемыми системами самолета в соответствии с ГОСТ 18977-79, РТМ 1495-75 с изм. 3 (ARINC-429 ч. 1, 2, 3 (АС 1.1. 429 ч. 1-16-2003, АС 1.1. 429 ч. 2-15-2003, АС 1.1.429 ч. 3-18-2003));
- управление обогревом стекол;
- управление в аварийном режиме непосредственно от органов управления на комплексном верхнем пульте пилотов;
- полетный и наземный контроль технического состояния общесамолетных систем и бортового радиоэлектронного оборудования;
- организацию контура аварийной сигнализации;
- проведение контроля собственной работоспособности в полете, на земле с глубиной контроля достаточной для эксплуатации системы без применения наземной контрольно-проверочной аппаратуры, контроль собственной наработки и ресурса, для организации эксплуатации системы управления общесамолетным оборудованием (СУОСО) по состоянию;
- контроль состояния сопрягаемого оборудования в полете и в процессе технического обслуживания.
Система управления общесамолетным оборудованием (СУОСО) взаимодействует со следующими самолетными системами:
- гидравлической системой;
- топливной системой;
- противопожарной системой;
- комплексной системой кондиционирования;
- системой электроснабжения;
- противообледенительной системой (ПОС);
- системой светотехнического оборудования;
- кислородной системой;
- системой управления шасси;
- системой пассажирского бытового оборудования;
- системой аварийно-спасательного оборудования;
- системой водоснабжения и удаления отбросов;
- системой пилотажно-навигационного оборудования;
- системой контроля за положением дверей и люков;
- вспомогательной силовой установкой;
- силовой установкой;
- системой турбонасосной установки;
- системой управления погрузкой и разгрузкой багажа и контейнеров;
- системой бытового и кухонного оборудования;
- системой инертного газа.
Управление агрегатами самолетных систем осуществляется через блоки коммутации и защиты по постоянному току (БКЗ) системы управления общесамолетным оборудованием (СУОСО) в автоматическом режиме по командам, формируемым в центральном вычислителе системы управления общесамолетным оборудованием (СУОСО), в ручном режиме непосредственно с панели управления самолетных систем. Сбор и обработка информации от датчиков и исполнительных устройств самолетных систем осуществляется периферийными блоками (БПС) и передается по 2 канальной информационной шине ARINC-825 в центральный вычислитель системы управления общесамолетным оборудованием (СУОСО). Информация необходимая для систем СТО, интегрированной системы сбора, контроля, обработки и регистрации полетной информации (ИССКОР), КСЭИС (в части КИСС) поступает от центрального вычислителя системы управления общесамолетным оборудованием (СУОСО) по ARINC-429 и ARINC-825.
Взаимодействие составных частей системы осуществляется следующим образом:
- аналоговая и дискретная информация с датчиков и агрегатов общесамолетного оборудования поступает на блоки БПС. После преобразования полученной информации в цифровой код, информация передается в вычислители системы;
- вычислитель в соответствии с алгоритмами Программы функционирования передают по внутрисистемной шине ARINC-825 сигналы в цифровом виде в блоки коммутации и защиты по постоянному току (БКЗ).
- блоки коммутации и защиты по постоянному току (БКЗ) приняв команду на управление по внутрисистемной шине ARTNC-825 в цифровом виде или с Верхнего пульта пилотов в виде разовой команды, коммутируют напряжение на соответствующий агрегат общесамолетного оборудования.
Блоки управления и контроля силовых установок предназначены для контроля и автоматического управления маршевыми силовыми установками и вспомогательной силовой установкой на всех этапах полета.
К блокам управления и контроля силовых установок относятся два двухканальных блока управления и контроля маршевыми силовыми установками и один двухканальный блок управления и контроля вспомогательной силовой установкой.
Блоки управления двигателями обеспечивают выполнение:
- запуском двигателей;
- остановом двигателей;
- регулированием режимов работы двигателей во всех условиях эксплуатации;
- управлением и контроля систем и устройств двигателя во всех условиях эксплуатации.
Блоки управления каждого двигателя осуществляют автоматическое управление двигателями и системами маршевых силовых установок и вспомогательной силовой установкой, используя информацию, принимаемую от пультов управления, системы управления общесамолетным оборудованием (СУОСО) и системы измерения высотно-скоростных параметров. Блоки управления выдают в систему управления общесамолетным оборудованием (СУОСО), бортовую центральную интегрированную модульную вычислительную систему (БЦИМВС), интегрированную систему сбора, контроля, обработки и регистрации полетной информации (ИССКОР) информацию о работе двигателей и их техническом состоянии. Обмен информации с сопрягаемым оборудованием осуществляется по линии информационного обмена стандарта ARINC-429.
Блоки управления и контроля системы кондиционирования воздуха (СКВ) и системы автоматического регулирования давления (САРД) предназначены для контроля и автоматического управления системой кондиционирования воздуха (СКВ), системой автоматического регулирования давления (САРД), противообледенительной системой (ПОС) и системой нейтрального газа (СНГ) на всех этапах полета.
Блоки управления и контроля системы кондиционирования воздуха (СКВ) и системы автоматического регулирования давления (САРД) включают два блока управления СКВ, противообледенительную систему (ПОС), систему нейтрального газа (СНГ) и два блока управления системой автоматического регулирования давления (САРД).
Блоки управления и контроля системы кондиционирования воздуха (СКВ) и системы автоматического регулирования давления (САРД) предназначены для решения следующих задач:
- сбор информации от сопрягаемых датчиков и исполнительных устройств системы кондиционирования воздуха (СКВ) и системы автоматического регулирования давления (САРД);
- обработка потоков собранных данных;
- автоматического управления системой кондиционирования воздуха (СКВ) и системой автоматического регулирования давления (САРД) на всех этапах полета;
- обмен информацией с сопрягаемым оборудованием по кодовым линиям связи в соответствии с ARINC-429 и ARINC-825;
- полетного и наземного контроля технического состояния системы СКВ, САРД.
Блоки управления и контроля системы кондиционирования воздуха (СКВ) и системы автоматического регулирования давления (САРД) обеспечивают:
- управление работой СКВ, ПОС, САРД, СНГ;
- контроль технического состояния агрегатов СКВ, ПОС, САРД, СНГ;
- выдачу на средства индикации и регистрации параметров работы систем, предупреждений об отказных состояниях агрегатов и опасных значениях параметров в кабине, а также в бортовую систему технического обслуживания (БСТО) информации об отказах агрегатов систем;
- автоматическую реконфигурацию систем в зависимости от режима работы, приведение систем в исходное состояние при подаче питания на борт, кондиционирование от ВСУ, МД, наземного источника и аварийная вентиляция;
- защиту систем при отказах;
- контроль датчиков, сигнализаторов исполнительных механизмов, их электрических соединительных линий и каналов управления.
Блоки управления СКВ, САРД взаимодействуют в соответствии с ARINC-429 и ARINC-825 со следующими системами самолета:
- маршевыми двигателями и вспомогательной силовой установкой;
- противообледенительной системой крыла;
- системой нейтрального газа (СНГ);
- системой электроснабжения (СЭС);
- системой управления общесамолетным оборудованием;
- системой шасси;
- противопожарной системой (ППС);
- гидросистемой;
- системой водоснабжения;
- комплексным потолочным пультом;
- первым и вторым пультами бортпроводников.
Комплексный потолочный пульт (КПП) предназначен для управления режимами работы самолетных систем и бортового оборудования. Комплексный потолочный пульт выполнен в виде единой конструкции, состоящей из отдельных блоков управления и индикации и предназначен для выполнения следующих функций:
- ручного управление режимами работы самолетных систем и бортового оборудования;
- обмен информацией с взаимодействующими самолетными системами и бортовым оборудованием и ее логическую обработку;
- формирование и выдачу управляющих сигналов в самолетные системы в автоматическом режиме;
- отображение технического состояния самолетных систем.
Комплексный потолочный пульт (КПП) обеспечивает ручное и автоматическое управление следующими системами и оборудованием:
- гидравлической системой (ГС);
- топливной системой (ТС);
- вспомогательной силовой установкой (ВСУ);
- противопожарной системой (ППС);
- противообледенительной системой (ПОС);
- системой кондиционирования воздуха (СКВ);
- системой обогрева приемников воздушного давления (ПВД);
- системой управления стеклоочистителями лобового стекла;
- системой автоматического регулирования давления (САРД);
- системой электроснабжения (СЭС);
- светотехническим оборудованием (СТО);
- системой обогрева лобового стекла;
- инерциальными системами;
- аварийным радиомаяком.
Комплексный потолочный пульт взаимодействует с системой управления общесамолетным оборудованием (СУОСО), блоками управления и контроля системы кондиционирования воздуха (СКВ) и системы автоматического регулирования давления (САРД) и блоками управления обогревом стекла (БУОС) по линии информационного обмена, соответствующей стандарту ARINC-825. Кроме того, комплексный потолочный пульт (КПП) также осуществляет управление самолетными системами в ручном режиме (подачу разовых команд соответствующим системам).
Первый и второй пульты бортпроводников предназначены для управления оборудованием пассажирского салона.
Первый и второй пульты бортпроводников обеспечивают:
- управление индикацию технического состояния кухнями, системой удаления отходов и сточных вод;
- управление системой развлечений во время полетов;
- управление системой освещения пассажирского салона.
- управление громкоговорителями;
- управление температурой салона.
Первый и второй пульты бортпроводников взаимодействуют по кодовым линиям связи стандарта ARINC-825 с системой управления общесамолетным оборудованием (СУОСО) и блоками управления системой кондиционирования воздуха (СКВ).
Интегрированная бортовая система контроля, обработки и регистрации полетной информации (ИССКОР) предназначена для регистрации параметрических данных от систем самолета и состоит из бортового эксплуатационного накопителя и бортового защищенного накопителя.
Интегрированная бортовая система контроля, обработки и регистрации полетной информации (ИССКОР) обеспечивает выполнение следующих функций:
- сбор и регистрацию обязательных параметрических данных от систем самолета, синхронизированных по времени;
- сбор и регистрацию в многофункциональный защищенный бортовой накопитель;
- хранение полетной информации (до начала замещения) не менее чем о 25-ти часах регистрации параметрических данных.
Интегрированная бортовая система контроля, обработки и регистрации полетной информации (ИССКОР) осуществляет прием информации от сопрягаемого оборудования по линиям информационного обмена стандарта ARINC-429 и ARINC-825 для последующей регистрации.
Система распределения электроэнергии предназначена для Распределения электропитания переменного и постоянного тока с шин электропитания самолета на потребители самолета.
Система распределения электроэнергии состоит из двух блоков первичного распределения и трех блоков вторичного распределения.
Система распределения электроэнергии обеспечивает выполнение следующих функций:
- распределяет электропитания переменного и постоянного тока с шин электропитания самолета на потребители самолета;
- обеспечивает требуемое переключение и логику управления на оборудование потребители мощности;
- использует распределительную архитектуру и технологию транзисторного переключения;
- обеспечивает защиту фидера самолета от перегрузок по току и переходных процессов вызванных от отказа всех электрических выходов.
Управление распределением электропитания по потребителям осуществляется через периферийные блоки системы распределения электроэнергии в автоматическом ручном режиме. В автоматическом режиме распределение электроэнергии осуществляется при подаче питания на блоки распределения. В ручном режиме (режиме технического обслуживания) по командам от бортовой системы технического обслуживания (БСТО), являющейся программным приложением бортовой центральной интегрированной модульной вычислительной системы (БЦИМВС). В случае обнаружения превышения тока потребления каким либо потребителем электроснабжение соответствующего потребителя прекращается. Информация об отключении потребителей передается по линии информационного обмена ARINC-825 в систему управления общесамолетным оборудованием (СУОСО) с последующей передачей в интегрированную систему сбора, контроля, обработки и регистрации полетной информации (ИССКОР).
Промышленная применимость
Предлагаемый интегрированный комплекс бортового оборудования разнородной архитектуры предназначен для использования в авиационной промышленности при проектировании и изготовлении современных и перспективных пассажирских самолетов, обеспечивающих высокую надежность и безопасностью полетов при осуществлении массовых перевозок авиапассажиров в различных условиях.
Все технические средства и обеспечивающее их работу программное обеспечение, применение которых предусмотрено настоящим изобретением, разрабатываются и выпускаются как отечественными промышленными предприятиями, так и ведущими компаниями в зарубежных странах.
Предусмотренное настоящим изобретением взаимодействие средств реализуется в известных процессах различного назначения в области авиастроения. В процессе изготовления всех устройств, входящих в систему управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами, может быть использовано типовое, стандартное промышленное оборудование, известные материалы и комплектующие изделия.