Интегрированная система регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса "человек-машина"
INTEGRATED SYSTEM FOR RECORDING DATA, DIAGNOSING THE TECHNICAL AND PHYSICAL STATE OF THE HUMAN-MACHINE SYSTEM

Изобретение относится к приборостроительной технике и может быть использовано на летательных аппаратах для обработки, хранения, отображения и передачи полетной информации на наземные пункты управления.
Известна интегрированная система регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина», содержащая блок сбора и преобразования информации, защищенный накопитель, блок съема информации, блок контроля, контроллер защищенного накопителя, блок накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА, блок диагностирования физического состояния пилота, блок подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления, соединенные определенным образом (патент РФ №2650276, МПК G01D 9/00, G06H17/40, G05B 23/02, G06F 11/30, опубл.11.04.2018 г.).
Недостатками известной системы являются недостаточные безопасность и надежность эксплуатации из-за отсутствия диагностики состояния несущего винта.
Наиболее близким к заявляемому решению, взятым за прототип, является интегрированная система регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина» (патент РФ № 2687318, МПК G05B 23/02, G06F 11/30, G01D 9/00, G06H 17/40,  опубл. 13.05.2019 г.).
Эта система содержит подсистему регистрации данных ЛА, блок съема информации, блок накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА, блок диагностирования физического состояния пилота, блок подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления и устройство измерения несоконусности лопастей несущего винта, соединенные определенным образом.
Недостатком системы является недостаточные безопасность и надежность в эксплуатации.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении безопасности и надежности эксплуатации системы в составе ЛА (особенно вертолетов).
Технический результат достигается тем, что интегрированная система регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина», содержащая подсистему регистрации данных ЛА, блок съема информации, блок накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА, блок диагностирования физического состояния пилота, блок подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления, устройство измерения несоконусности лопастей несущего винта, причем первый, второй и третий входы подсистемы регистрации данных ЛА соединены с датчиками и цифровыми линиями связи системы ЛА для подсистемы регистрации, четвертый, пятый и шестой входы подключены к наземной аппаратуре обработки информации, бортовому пульту управления ЛА и бортовым источником звуковой информации ЛА соответственно, седьмой и восьмой входы соединены со вторыми выходами блока накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА и блока диагностирования физического состояния пилота, соответственно, первый, второй и третий выходы подсистемы регистрации данных ЛА подключены к бортовой системе отображения информации, к наземной аппаратуре обработки информации и первому входу блока съема информации соответственно, четвертый выход подсистемы регистрации данных ЛА соединен с четвертыми входами блоков накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА и блока диагностирования физического состояния пилота соответственно, второй и третий входы блока съема информации подключены к первым выходам блока диагностирования физического состояния пилота и блока накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА соответственно, выход блока съема информации соединен со входом блока подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления, первый и второй выходы которого подключены к передатчику КВ – диапазона и к спутниковой системе связи соответственно, первый, второй и третий входы блока накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА соединены с датчиками диагностирования состояния элементов и агрегатов ЛА, первый, второй и третий входы блока диагностирования физического состояния пилота подключены к датчикам диагностирования физического состояния пилота, первый, второй и третий входы устройства измерения несоконусности лопастей несущего винта соединены с датчиками измерения несоконусности лопастей несущего винта, первый и второй выходы подключены к четвертому входу блока съема информации и к девятому входу подсистемы регистрации данных ЛА соответственно, четвертый выход которой соединен с четвертым входом устройства измерения несоконусности лопастей несущего винта, дополнительно снабжена устройством для динамической балансировки несущего винта и устройством для индикации срыва потока на лопастях несущего винта, первый, второй и третий входы которого соединены с датчиками определения срыва потока на лопастях несущего винта, первый и второй выходы подключены к пятому входу блока съема информации и к десятому входу подсистемы регистрации данных ЛА соответственно, четвертый выход которой соединен с четвертым входом устройства для индикации срыва потока на лопастях несущего винта, первый, второй и третий входы устройства для динамической балансировки несущего винта соединены  с датчиками оценки динамической балансировки несущего винта, первый и второй выходы подключены к шестому входу блока съема информации и к одиннадцатому входу подсистемы регистрации данных ЛА соответственно, четвертый выход которой соединен с четвертым входом устройства для динамической балансировки несущего винта.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная схема интегрированной системы регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина».
Система состоит из подсистемы 1 регистрации данных ЛА, выполненной на базе микросхем коммутаторов, аналого-цифровых преобразователей (АЦП), микропроцессоров и микросхем энергонезависимой памяти, блока 2 съема информации, в состав которого входит микропроцессор и адаптер записи информации на съемную кассету с энергонезависимой памятью, блока 3 накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА, который может быть выполнен на базе микросхем АЦП, программируемой логики (ПЛИС), микропроцессоров, блока 4 диагностирования физического состояния пилота, который может быть выполнен на базе микросхем АЦП, ПЛИС, источников и приемников светового излучения, блока 5 подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления, который может быть выполнен на основе микропроцессора и адаптеров кодов для КВ – диапазона и спутниковой линии связи. Принцип работы устройства 6 измерения несоконусности лопастей несущего винта заключается в формировании видеокадров координат законцовок лопастей несущего винта вертолета в условиях полета с определением и фиксацией значений амплитуд сигналов от законцовок всех лопастей несущего винта. По результатам измерений выдаются рекомендации по необходимости введения корректур в процесс механических регулировок лопастей. Устройство 6 может быть выполнено на базе оптического излучателя, фотоприемного устройства, узла обработки видеосигнала, содержащего АЦП, микроконтроллер, пороговые устройства (компараторы), формирователи последовательного кода для передачи текущей информации для регистрации в блоке 2 и бортовую систему отображения информации (см., например, патент РФ № 2180122, опубл.27.02.2002 г., патент РФ № 2415053, опубл.27.03.2011 г.).
Устройство 7 динамической балансировки несущего винта может быть выполнено с помощью опто-электронных средств измерения для достижения такого распределения веса лопастей, которое обеспечит нормальную работу во всех режимах. Оно может содержать оптическую головку, фотоприемное устройство, АЦП, компаратор, блок обработки видеосигнала, голосовые фильтры, преобразователь Фурье и блок анализа разбалансировки (см., например патент РФ №2441807, опубл. 10.02.2012 г.)
Устройство 8 для индикации срыва потока на лопастях несущего винта обеспечивает измерение сигналов датчиков, изменяющихся в зависимости от появления срыва воздушного потока.
Устройство может быть реализовано с использованием волоконно-оптических датчиков, оптических соединителей и кабелей, источника света, блока волоконно-оптической коммутации, блока анализа информации, блока спектрального анализа и ЦАП с размещением датчиков на автомате перекоса (см., например, патент РФ № 2555258, опубл. 10.07.2015 г.)
Система работает следующим образом. Информация, поступающая от датчиков и цифровых линий систем ЛА на входы 1, 2, 3 подсистемы 1 преобразуется в цифровой код. Из информации по определенной для конкретного объекта применения программе формируется и запоминается сообщение в виде информационного подкадра. На вход 5 подсистемы 1 с бортового пульта вводятся опознавательные данные (номера блоков, дата, время и т.д.), которые так же записываются в информационные подкадры и запоминаются в защищенном накопителе, входящим в состав подсистемы 1. Одновременно записывается звуковая информация, поступающая по входу 6. Каждый подкадр оцифровывается по времени цифровыми метками, которые с выхода 4 подсистемы 1 поступают на входы 4 блоков 3, 4 и устройств 6, 7 и 8. Информация в виде подкадров оцифровывается по времени и передается с выхода 3 подсистемы 1 на вход 1 блока 2.
В блоке 2 производится подкадровая запись и хранение информации, которая записывается в специально выделенную зону съемной кассеты памяти.
В другие зоны съемной кассеты памяти производится подкадровая запись информации, оцифрованной временными метками, по входу 2 блока 2 с выхода 1 блока 4, по входу 3 с выхода1 блока 3, по входу 4 с выхода 1 устройства 6, по входу 6 с выхода 1 устройства 7 и по входу 5 с выхода 1 устройства 8.
В блоке 3 и 4 и устройствах 6, 7 и 8 информация от датчиков по входам 1, 2, 3 преобразуется в цифровой код с формированием подкадров, их оцифровкой по времени и передачей в блок 2 для записи в съемную кассету памяти.
При наземной обработке диагностической информации показания датчиков, записанные на съемной кассете памяти блока 2 в процессе последнего полета, обрабатываются с помощью специальных алгоритмов, использующих статистические данные, накопленные во время предыдущих полетов данного ЛА. По результатам обработки составляется прогноз возможного времени наступления отказов ЛА с уточнением конкретных узлов (агрегатов, систем), находящихся в предотказном состоянии.
В подсистеме 1, блоках 3, 4 и устройствах 6, 7 и 8 при работе обеспечивается периодический тестовый контроль работы, который с выходов 2 устройств 6, 7 и 8 подается на входы 9, 11 и 10 подсистемы 1, соответственно, с выхода 2 блока 4 на вход 8 подсистемы 1 и с выхода 2 блока 3 на вход 7 подсистемы 1.
Результаты тестового контроля в подсистеме 1 записываются в подкадр и передаются с выхода 3 на вход 1 блока 2 и выводятся с выхода 1 на бортовую систему отображения информации.
В подсистеме 1, блоках 3, 4 и устройствах 6,7 и 8 записываются предаварийные режимы сигналов, выше и ниже допустимых уровней которых формируются сигналы предаварийных ситуаций, эти сигналы поступают в подсистему 1 по каналам тестового контроля, описанного выше и также записываются в подкадр, формируемый подсистемой 1 и выводятся на бортовую систему отображения информации через выход 1.
Подкадры с подсистемы 1 блоков 3, 4 и устройств 6, 7 и 8 поступают в блок 2, где формируются единые кадры записи всей информации системы, которые записываются в съемную кассету памяти блока 2.
Информация со съемной кассеты памяти блока 2 используется для обработки наземными комплексами с определением состояния бортового оборудования формированием диагностической информации элементов и агрегатов ЛА, определением физического состояния пилота, измерением несоконусности лопастей несущего винта, оценки динамической балансировки несущего винта и определение срыва потока на лопастях несущего винта. Одновременно с подсистемы 1 на съемную кассету памяти записываются навигационные параметры полета, необходимые для регистрации в случае летных происшествий.
Наиболее важная информация, влияющая на безопасность полета в процессе выполнения последнего, с вывода блока 2 поступает на вход блока 5 в котором преобразуется по специальным алгоритмам передачи по беспроводной линии на наземные пункты и с помощью адаптеров кодов формируется объем информации, необходимой для принятия решения руководителями полета и передачи в эфир с выходов 1 и 2.
В системе предусмотрена работа с наземным комплексом обработки не только со съемной кассетой памяти блока 2, но и электрическим подключением его к выходу 2 и входу 4 подсистемы 1 для считывания необходимой информации для наземной обработки.
Введение в состав системы устройств 7 и 8 позволяет повысить безопасность эксплуатации ЛА и определять все параметры работы несущего винта с целью отображения аварийных ситуаций по этому параметру на бортовой системе отображения информации и передачи этой информации в реальном времени руководителю полета для принятия экстренных мер как пилотом, так и наземными службами обеспечения полетов.
Следует отметить, что в зависимости от требований к эксплуатации, каждый ЛА может комплектоваться необходимым набором датчиков и блоков, в нескольких вариантах, т.е. на объекте может устанавливаться необходимая часть описанной интегрированной системы, т.к. блоки 3, 4, 5 и устройства 6, 7, 8 могут работать независимо друг от друга в любой комбинации.
Введение устройств 7 и 8 в систему позволяет обеспечивать диагностирование состояния не только трансмиссии, двигателей, планера, но и всех элементов несущего винта.