БОРТОВАЯ СИСТЕМА СБОРА И ОБРАБОТКИ ПОЛЁТНОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ И ВАЛИДАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛЁТНЫХ ИСПЫТАНИЙ

Полезная модель относится к области испытаний авиационной техники и позволяет осуществлять сбор и обработку полетной информации, необходимой для распознавания и идентификации испытательных и валидационных режимов при проведении летных испытаний.
Цифровой двойник (ЦД) - система, состоящая из цифровой модели изделия и двусторонних информационных связей с изделием (при наличии изделия) и (или) его составными частями. ЦД разрабатывается и применяется на всех стадиях жизненного цикла изделия. Целью создания ЦД является выполнение технических и тактико-технических требований к изделию, снижение себестоимости и сроков разработки опытных образцов изделия, повышение технологичности изделия, а также повышение надежности и эффективности эксплуатации изделия.
Цифровая модель изделия - система математических и компьютерных моделей, а также электронных документов изделия, описывающая структуру, функциональность и поведение вновь разрабатываемого или эксплуатируемого изделия на различных стадиях жизненного цикла, для которой на основании результатов испытаний по ГОСТ 16504 выполнена оценка соответствия предъявляемым к изделию требованиям.
Валидация математической модели - подтверждение соответствия математической модели моделируемому объекту путем параметрического сравнения результатов математического моделирования с достоверными результатами натурных (наземных и летных) испытаний разрабатываемого образца авиационной техники и его составных частей.
Валидация ЦД - это процесс определения соответствия входящей в состав ЦД цифровой модели реальному миру. Валидация обеспечивает обоснование того, что ЦД в заявленной области применения позволяет правильно и с определенной точностью моделировать реальные процессы.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является бортовая система регистрации информации (патент на изобретение RU 2285241), которая содержит блок сбора информации, пульт, защищенный накопитель, аудиоблок, цифровой преобразователь, введенный в состав пульта модуль автоконтроля, контроллер защищенного накопителя, содержащий модули памяти, модуль сравнения и счетчик несовпадений, блок съема информации, содержащий карты памяти и модуль несовпадений, информационный порт, первый и второй видеоблоки, первый и второй коммутаторы, а также индикатор состояния, соответствующим образом соединенные в единую электронную схему. Недостатком этого решения является то, что система, в силу ограниченных функциональных возможностей в части получения полетной информации в режиме реального времени, затрудняет возможность оперативного получения оценки технического состояния объекта контроля.
Технической задачей заявляемой полезной модели является расширение арсенала устройств, применяемых для сбора и обработки полетной информации при проведении летных испытаний летательных аппаратов.
Решение технической задачи достигается тем, что устройство для сбора и обработки полетной информации для распознавания и идентификации испытательных и валидационных режимов при проведении летных испытаний выполнено в корпусе, в который заподлицо его внешней поверхности встроены: два разъема для подключения съемных носителей информации, разъем для подключения блока сопряжения с бортовым оборудованием летательного аппарата, разъем для подключения согласующего блока, разъем для подключения бортового измерителя, выход которого соединен с входом блока идентификации и первичной обработки полетной информации, информация с выхода которого поступает на вход блока ожидания событий, выход которого соединен с входом блока распознавания режимов; выход блока распознавания режимов соединен с входом блока обработки и регистрации режимов; первый выход блока обработки и регистрации режимов соединен с разъемом для подключения блока сопряжения с бортовым оборудованием летательного аппарата, второй выход блока обработки и регистрации режимов соединен с входом третьего блока хранения информации, выход которого соединен с разъемом для подключения согласующего блока; первый выход первого блока хранения информации соединен со вторым входом блока ожидания событий, второй выход первого блока хранения информации соединен со вторым входом блока распознавания режимов; первый выход второго блока хранения информации соединен с третьим входом блока ожидания событий, второй выход второго блока хранения информации соединен с третьим входом блока распознавания режимов, причем корпус устройства имеет вид прямоугольного параллелепипеда, выполнен из металла в пылезащитном, влагозащитном, пожаровзрывобезопасном исполнении, все блоки жестко закреплены внутри корпуса, а соединения блоков и разъемов осуществлены с помощью проводов.
Технический результат, достигаемый совокупностью признаков заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении возможности автоматизированного сбора и обработки полетной информации, необходимой для распознавания и идентификации испытательных и валидационных режимов при проведении летных испытаний.
Функционирование полезной модели поясняется фигурой, на которой обозначены:
Контур А - корпус заявляемого устройства, внутри которого жестко закреплены его компоненты - блоки 3-8, 10, связанные проводами;
1 - внешний (не входящий в состав заявляемого устройства) съемный носитель информации, подключенный к разъему, имеющемуся в корпусе устройства;
2 - внешний (не входящий в состав заявляемого устройства) бортовой измеритель, подключенный к разъему, имеющемуся в корпусе устройства;
3 - блок идентификации и первичной обработки полетной информации;
4 - блок ожидания событий;
5 - первый блок хранения информации (блок «Валидация»);
6 - второй блок хранения информации (блок «Испытания»);
7 - блок распознавания режимов;
8 - блок обработки и регистрации режимов;
9 - внешний (не входящий в состав заявляемого устройства) съемный носитель информации, подключенный к разъему, имеющемуся в корпусе устройства;
10 - третий блок хранения информации (блок «Результаты»);
11 - внешний (не входящий в состав заявляемого устройства) блок сопряжения с бортовым оборудованием ЛА, подключенный к разъему, имеющемуся в корпусе устройства;
12 - внешний (не входящий в состав заявляемого устройства) согласующий блок, подключенный к разъему, имеющемуся в корпусе устройства.
Блок 1 (внешний, не входящий в состав заявляемого устройства) - съемный носитель информации (1) с энергонезависимой памятью, выполнен в металлическом защищенном корпусе с разъемом стандарта «USB 2.0». Блок предназначен для переноса информации в блок хранения информации «Валидация» (5).
Блок 2 (внешний, не входящий в состав заявляемого устройства) - бортовой измеритель (2), представляет собой информационно-измерительную систему, предназначенную для получения в условиях полета измерительной информации, характеризующей состояние и работу агрегатов и узлов ЛА, взаимодействие составных частей ЛА между собой и средой.
Блок 3 - блок идентификации и первичной обработки полетной информации (3), выполнен в виде платы микропроцессора, с модулем оперативной памяти и согласующим устройством Блок осуществляет получение и согласование параметров от бортового измерителя (6) по протоколу 1000 Base - ТХ.
Блок 4 - блок ожидания событий (4) выполнен виде платы микропроцессора с модулем оперативной памяти и согласующим устройством. Блок обеспечивает работу алгоритма распознавания событий, предложенному в Адгамов Р.И., Берхеев М.М., Заляев И.А. Автоматизированные испытания в авиастроении М.: Машиностроение, 1989. 232 с. Алгоритм распознавания событий основан на реализации операции по ожиданию и обнаружению из поступающей от (3) в реальном масштабе времени некоторой группы заданных в блоке хранения информации «Валидация» (5) и в блоке хранения информации «Испытания» (6) событий, после чего информация для дальнейшей обработки поступает в блок (7).
Блок 5 - первый блок хранения информации (блок «Валидация») (5) выполнен в виде платы с твердотельным накопителем и контроллером. Блок обеспечивает запись, хранение и доступ к базе данных валидационных режимов.
Блок 6 - второй блок хранения информации (блок «Испытания») (6) выполнен в виде платы с твердотельным накопителем и контроллером. Блок обеспечивает запись, хранение и доступ к базе данных испытательных режимов.
Блок 7 - блок распознавания режимов (7) выполнен в виде платы микропроцессора с модулем оперативной памяти и согласующим устройством. Блок обеспечивает работу алгоритма распознавания режимов, предложенного в Адгамов Р.И., Берхеев М.М., Заляев И.А. Автоматизированные испытания в авиастроении М.: Машиностроение, 1989. 232 с. Алгоритм распознавания режимов построен на основе системы распознавания образов. Алгоритм предусматривает предварительное распознавание подмножества, к которому принадлежит данный исследуемый режим испытаний, а затем осуществляется окончательное распознавание режима с целью нахождения идентификации режима из базы данных валидационных режимов, размещенной в блоке хранения информации «Валидация» (5), либо из базы данных испытательных режимов, размещенной в блоке хранения информации «Испытания» (6). В алгоритме предусмотрен контроль принятия ложных решений при появлении грубых ошибок измерения или при небольших временных превышениях колебания параметра над среднестатистическим его значением.
Блок 8 - блок обработки и регистрации режимов (8) выполнен виде платы микропроцессора с модулем оперативной памяти и согласующим устройством, на основании поступающей от блока (7) информации о текущем режиме полета ЛА и соответствующих ему параметрах, осуществляет запись значений в блок хранения информации «Результаты» (10). Для повышения информационной осведомленности экипажа о выполняемых испытательных режимах и создания условий для комплексирования испытательных полетов, информация о распознанном режиме полета с основными параметрами поступает в блок сопряжения с бортовым оборудованием ЛА (11).
Блок 9 (внешний, не входящий в состав заявляемого устройства) - съемный носитель информации (9) с энергонезависимой памятью, выполнен в металлическом защищенном корпусе с разъемом стандарта «USB 2.0». Блок предназначен для переноса информации в блок хранения информации «Испытания» (6).
Блок 10 - третий блок хранения информации (блок «Результаты») (10) выполнен в виде платы с твердотельным накопителем и контроллером. Блок обеспечивает хранение и доступ к базе данных результатов.
Блок 11 (внешний, не входящий в состав заявляемого устройства) - блок сопряжения с бортовым оборудованием ЛА (11) представляет собой устройство в металлическом корпусе, с контроллером и различными типами разъемов. Блок обеспечивает подключение бортовой системы валидации к бортовому оборудованию ЛА различных типов.
Блок 12 (внешний, не входящий в состав заявляемого устройства) - съемный носитель информации (12) с энергонезависимой памятью, выполнен в металлическом защищенном корпусе со встроенным в корпус разъемом стандарта «USB 2.0». Блок предназначен для переноса данных из блока (10) для последующей обработки и анализа.
Функционирование заявляемой полезной модели заключается в следующем.
В соответствии с ГОСТ Р 57700.37-2021 внедрение технологии цифровых двойников на стадии разработки изделия позволит улучшить качество проектирования изделия, обеспечить выполнение технических и тактико-технических требований, сократить количество и повысить результативность проводимых испытаний опытного образца и проработку конструкторской документации изделия на технологичность. На этапе наземных и летных испытаний математические модели уточняются, и после прохождения процедуры валидации, т.е. подтверждения достоверности результатов математического моделирования результатами натурного эксперимента, могут стать основой для создания ЦД для этапа эксплуатации ЛА.
В целях реализации возможности решения задачи валидации ЦД ЛА без выполнения специальных полетов на испытываемом ЛА, а в комплексе с выполнением программы испытаний, на борту летательного аппарата устанавливается бортовая система валидации (БСВ, контур А).
Задача оценивания характеристик ЛА выполняется в летных испытаниях в соответствии с действующей нормативно-технической документацией: программой и методикой испытаний. На основании этих документов разрабатывается программа испытаний ЛА, каждый пункт программы предусматривает выполнение одного или нескольких испытательных полетов. В каждом испытательном полете экипажу необходимо выполнить строго определенные режимы полета.
При подготовке к выполнению испытательного полета происходит подготовка к решению задачи валидации ЦД ЛА, для чего специалистами предварительно формируется перечень режимов полета, необходимый для решения задачи валидации ЦД ЛА. Учитывая степень проработки ЦД ЛА и математических моделей, входящих в его состав, необходимые для валидации режимы полета заносятся в блок хранения информации «Валидация» (5) при помощи съемного носителя информации (1). В (5) организовано хранение и доступ к базе данных валидационных режимов.
Летные испытания авиационных комплексов (АК) представляют собой заключительный этап в сложном процессе производства ЛА. В ходе выполнения этого этапа на борту ЛА осуществляются многоплановые измерения, по результатам которых оценивается состояние ЛА и его систем. Полученные экспериментальные данные используются также при составлении заключения о тактико-технических возможностях АК, определяющего целесообразность их серийного производства и начала массовой эксплуатации. Особое место в комплексе бортовых измерений занимает система бортовых измерений (СБИ), предназначенная для получения в условиях полета измерительной информации, характеризующей состояние и работу агрегатов и узлов ЛА, взаимодействие составных частей АК между собой и средой.
При выполнении полета по программе испытаний экипаж ЛА выполняет полетное задание на испытательный полет для получения объективной информации об образце испытуемого оборудования.
На этапе летных испытаний ЛА оборудован бортовым измерителем (2), который: обеспечивает необходимые достоверность и точность измерения параметров; имеет достаточно широкий интервал частоты измерения параметров, причем частота измерения может быть различной даже для одного и того же параметра и колебаться от нескольких единиц до нескольких сот измерений в секунду; обеспечивает измерение значений параметров изделия в случайные моменты времени при наступлении некоторого события; обеспечивает измерение различных групп параметров, изменяющихся в количественном составе от нескольких единиц до нескольких тысяч параметров. Эти возможности (2) позволяют использовать его для решения задачи валидации ЦД ЛА.
Значения параметров полета, зарегистрированные (2) поступают на вход БСВ (контур А, блоки 3-8, 10). БСВ представляет собой бортовую электронно-вычислительную машину, в которой реализованы программно-аппаратным способом несколько блоков и баз данных. БСВ получает информацию от (2) и параллельно с выполнением экипажем полетного задания осуществляет обработку полетной информации в реальном масштабе времени.
Блок идентификации и первичной обработки полетной информации (3), обеспечивает подключение и согласование параметров, поступающих от (2).
В основе работы БСВ лежит работа алгоритма ожидания событий, реализуемая в блоке ожидания событий (4) и работа алгоритма распознавания режимов, реализуемая в блоке распознавания режимов (7), путем обработки в реальном масштабе времени информации от (2) и ее идентификации на основе данных, находящихся в блоках хранения информации (5) и (6).
Функционирование блока ожидания событий (4) основано на реализации операции по ожиданию и обнаружению некоторой группы заданных событий и своевременной передаче соответствующей информации управляющим алгоритмам в блок распознавания режимов (7).
Функционирование блока распознавания режимов (7) основано на основе системы распознавания образов. Алгоритм обработки информации, реализованный в (7) предусматривает предварительное распознавание подмножества, к которому принадлежит данный исследуемый режим испытаний, а затем осуществляется окончательное распознавание режима с целью нахождения идентификации режима из базы данных валидационных режимов, хранящаяся в блоке (5) либо из базы данных испытательных режимов, хранящаяся в блоке (6).
В алгоритмах, реализованных в блоках (4, 7) предусмотрен контроль принятия ложных решений при появлении грубых ошибок измерения или при небольших временных превышениях колебания параметра над среднестатистическим его значением.
В блоке обработки и регистрации режимов (8) по поступающей от (7) информации о текущем режиме полета ЛА и соответствующих ему параметрах, осуществляется запись значений в блок хранения информации «Результаты» (10), где формируется база данных результатов.
В целях повышения информационной осведомленности экипажа о выполняемых испытательных режимах и создания условий для комплексирования испытательных полетов, информация о распознанном режиме полета с основными параметрами поступает из блока (8) в блок (11).
Через блок сопряжения с бортовым оборудованием ЛА (11) информация поступает в бортовое оборудование ЛА и используется для формирования соответствующего текущим значениям полета кадра многофункционального индикатора. Кадр отображается в информационном поле экипажа и может быть использован для повышения информационной осведомленности экипажа.
После выполнения испытательного полета накопленная в (10) информация подлежит послеполетной обработке в наземном комплексе. Перенос информации из (10) в наземный комплекс обработки осуществляется через съемный носитель информации (12).