ПАССАЖИРСКИЙ САМОЛЕТ С СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ ОБЩЕСАМОЛЕТНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ И САМОЛЕТНЫМИ СИСТЕМАМИ
AIRLINER WITH AIRCRAFT GENERAL HARDWARE CONTROL SYSTEM AND AIRCRAFT SYSTEMS

Изобретение относится к авиационной технике и предназначено для использования в управлении летательными аппаратами, прежде всего пассажирскими самолетами.
Указанная система управления является частью комплекса самолетных систем, предназначенных для выполнения задач преобразования и передачи информации о параметрах систем самолетного оборудования, для управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами, контроля состояния систем, выдачи информации для подготовки отображения их состояния на индикаторах, выдачи сигнальных сообщений о состоянии систем и их режимах работы.
Уровень техники
В современном пассажирском самолете технические возможности и эффективность работы системы управления общесамолетным оборудованием (СУОСО) и самолетными системами имеют большое значение для обеспечения безопасности полетов, повышения надежности, а также снижения затрат на эксплуатацию авиационной техники.
Эффективность применения авиационной техники неразрывно связана с проблемой безопасности полетов в ожидаемых условиях эксплуатации, и успешное ее решение в значительной мере определяет перспективы развития как гражданской, так и военной авиации.
Сложность проблемы обеспечения безопасности полетов непрерывно возрастает в связи с повышением интенсивности использования авиационной техники и расширением круга выполняемых ею функциональных задач. Связанное с этим усложнение бортового оборудования не только увеличивает вероятность отказов техники, но и затрудняет деятельность экипажа, являясь причиной дополнительных ошибок пилотирования, что 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 (одним из элементов которого является человек или группа людей) «Экипаж - бортовое оборудование - воздушное судно» в контуре штурвального и автоматического управления самолетом.
Для обеспечения безопасности полета в условиях возможных нештатных ситуаций на пассажирских самолетах используют специальные 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 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 посадки под общим контролем экипажа.
Из уровня техники известен самолет с системой управления общесамолетным оборудованием (см. патент RU 2263044 C1, МПК B64C 13/00, опубл. 27.10.2005) с возможностью комплексного управления общесамолетным оборудованием (ОСО) как в автоматическом, так и в ручном режиме.
Известный самолет содержит фюзеляж, крыло, оперение, шасси, двигатели основной силовой установки, воздухозаборники, вспомогательную силовую установку, размещенную в хвостовой части фюзеляжа и систему управления общесамолетным оборудованием (СУОСО).
Данная система управления общесамолетным оборудованием имеет два контура автоматического управления: основной и резервный блоки преобразований и вычислений, подключенные к исполнительным устройствам через блок управления и контроля, а также контур ручного управления с пультами управления, светосигнальным табло и центральным светосигнальным огнем.
Система управления общесамолетным оборудованием сопряжена по мультиплексному каналу с комплексом бортовых электронно-вычислительных машин, электронными системами управления левым и правым двигателями, системой регистрации и контроля, аппаратурой наведения и посадки, комплексной системой управления, а по кодовым линиям связи - с системой управления и контроля топлива, аппаратурой речевых сообщений, комплексной системой электронной индикации и вспомогательной силовой установкой.
Из уровня техники также известна 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 A1, МПК G06F 11/16, опубл. 06.12.2001), однако функциональные возможности указанной системы ограничены, и поэтому она не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к современным пассажирским самолетам.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является пассажирский самолет, известный из публикации патента RU 2359868 C2, МПК B64C 13/00, опубл. 27.07.2008, в котором с целью повышения безопасности полета предусмотрена установка двух систем управления общесамолетным оборудованием.
Первая система управления общесамолетным оборудованием имеет контур ручного управления и два контура автоматического управления, конструктивно оформленных в основной и резервный блоки преобразований и вычислений и подключенных к исполнительным устройствам через блок управления и контроля. Контур ручного управления выполнен с пультами управления, светосигнальными табло и центральным светосигнальным огнем. Система управления сопряжена по мультиплексному каналу с комплексом бортовых ЭВМ, электронными системами управления двигателей, системой регистрации и контроля, аппаратурой наведения и посадки, комплексной системой управления.
Вторая система управления самолета состоит из независимого и неподконтрольного пилотам аварийного автоматического контура. Этот третий контур автоматического управления в аварийных ситуациях включает в себя независимую дублирующую систему общесамолетного оборудования, состоящую из независимой дублирующей аварийной системы регистрации и контроля за работой всех систем и агрегатов самолета.
В пассажирском самолете, определенном в качестве наиболее близкого аналога (прототипа) заявленного изобретения, установлены три контура автоматического управления, которые обеспечивают трехкратное резервирование функции автоматического управления и дублирование аварийной системы регистрации и контроля за работой всех систем и агрегатов самолета.
Такая система управления пассажирским самолетом, состоящая из двух систем и трех контуров автоматического управления, снижает вероятность авиационных катастроф, причиной которых является человеческий фактор (ошибка пилотов).
К недостаткам решения, определенного в качестве прототипа заявленного изобретения, следует отнести невозможность обеспечения в критических и/или аварийных ситуациях требуемого уровня безопасности предъявляемого к современным, и тем более, - к перспективным пассажирским самолетам.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является повышение надежности и обеспечение безопасности полетов.
Поставленная цель реализуется в настоящем пассажирском самолете, содержащем фюзеляж, крыло, управляющие и стабилизирующие поверхности, двигатели, вспомогательную силовую установку, шасси, кабину пилотов, пассажирский салон, общесамолетное оборудование, самолетные системы, бортовую вычислительную систему и систему управления общесамолетным оборудованием, содержащую основной и резервный контуры управления, причем система управления общесамолетным оборудованием содержит сеть контроллеров (18), содержащую основной и резервный каналы информационного обмена, основной (1) и резервный (2) блоки вычислителей-концентраторов, подключенные соответственно к основному и резервному каналам коммутируемой бортовой сети (17), основной и резервный каналы информационного обмена которой подключены к самолетным системам (8), основной (10) и резервный (11) блоки преобразования сигналов, основной (12) и резервный (13) блоки защиты и коммутации линий электропитания постоянного тока, основной (14) и резервный (15) блоки защиты и коммутации линий электропитания переменного тока, причем каждый из упомянутых блоков (1), (2), (10), (11), (12), (13), (14), (15) содержит канал А и канал Б, подключенные к основному и к резервному каналам информационного обмена сети контроллеров (CAN) (18) соответственно, при этом система управления общесамолетным оборудованием также содержит: коммутируемую сеть Ethernet (16), содержащую основной и резервный каналы информационного обмена; комплексный потолочный пульт (7), подключенный к основному и резервному каналам и коммутируемой бортовой сети и сети контроллеров, основную (4) и резервную (5) бортовые вычислительные станции, подключенные соответственно к упомянутым основному и резервному каналам информационного обмена коммутируемой сети (16) Ethernet, интегрированную систему (3) сбора, контроля, обработки и регистрации полетной информации, основным и резервным каналами информационного обмена подключенную соответственно к основному и резервному каналам информационного обмена коммутируемой сети (16) Ethernet, причем основной (10) и резервный (11) блоки преобразования сигналов подключены по каналу информационного обмена к общесамолетному (9) оборудованию, а выходы электропитания основного (12) и резервного (13) блоков защиты и коммутации линий электропитания постоянного тока, а также выходы электропитания основного (14) и резервного (15) блоков защиты и коммутации линий электропитания переменного тока подключены ко входам питания общесамолетного (9) оборудования.
Кроме того, в предлагаемом пассажирском самолете все попарно идентичные каналы (основной канал А и резервный канал Б) основного (1) и резервного (2) блоков вычислителей-концентраторов, основного (10) и резервного (11) блоков преобразования сигналов, основного (12) и резервного (13) блоков коммутации и защиты постоянного электрического тока и основного (14) и резервного (15) блоков коммутации и защиты переменного электрического тока снабжены встроенными средствами контроля работоспособности, позволяющими в результате сравнения расчетов и показаний в каждом основном канале каждого основного блока, в случае их несовпадения, определить отказавший канал и перейти к использованию работоспособного резервного канала в этом же блоке, а в случае отказа этого резервного канала перейти к использованию основного канала А резервного блока, с повторением аналогичных процедур для основного канала А и резервного канала Б указанного резервного блока.
В предлагаемом пассажирском самолете для передачи управляющих команд в режиме ручного управления размещенный в кабине пилотов комплексный потолочный пульт подключен к общесамолетному оборудованию по двунаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, в одном из вариантов реализации изобретения соответствующему стандарту ARINC-825, а к самолетным системам - по однонаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, в варианте реализации изобретения, соответствующему стандарту ARINC-429.
Для передачи управляющих команд в режиме автоматического управления блоки вычислителей-концентраторов подключены к общесамолетному оборудованию по двунаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, в варианте реализации изобретения, соответствующему стандарту ARINC-825, а к самолетным системам - по однонаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, в варианте реализации, соответствующему стандарту ARINC-429.
В предлагаемом пассажирском самолете система управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами подключена к бортовой вычислительной системе самолета по быстродействующему высоконадежному каналу информационного обмена, в варианте реализации, соответствующему стандарту ARINC-664.
В предлагаемом пассажирском самолете система управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами подключена к бортовой вычислительной системе самолета по двунаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, в одном из вариантов реализации предлагаемого изобретения, соответствующему стандарту ARINC-825.
Протокол ARINC-825 позволяет осуществлять передачу данных через каналы информационного обмена сети (18) контроллеров (CAN), представляющими собой экранированную витую пару, и имеет превосходство в плане экономии веса на уровне интеграции самолетов. Кроме того, данный протокол также обеспечивает предотвращение ошибок при передаче данных, что является необходимым условием для авиационных систем передачи данных.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и улучшение контролепригодности самолета с системой управления общесамолетным оборудованием.
Указанная цель достигается за счет того, что система управления общесамолетным оборудованием содержит сеть контроллеров (18), содержащую основной и резервный каналы информационного обмена, основной (1) и резервный (2) блоки вычислителей-концентраторов, подключенные соответственно к основному и резервному каналам коммутируемой бортовой сети (17), основной и резервный каналы информационного обмена которой подключены к самолетным системам (8), основной (10) и резервный (11) блоки преобразования сигналов, основной (12) и резервный (13) блоки защиты и коммутации линий электропитания постоянного тока, основной (14) и резервный (15) блоки защиты и коммутации линий электропитания переменного тока, причем каждый из упомянутых блоков (1), (2), (10), (11), (12), (13), (14), (15) содержит канал А и канал Б, подключенные к основному и к резервному каналам информационного обмена сети контроллеров (CAN) (18) соответственно при этом система управления общесамолетным оборудованием также содержит: коммутируемую сеть Ethernet (16), содержащую основной и резервный каналы информационного обмена; комплексный потолочный пульт (7), подключенные к основному и резервному каналам и коммутируемой бортовой сети и сети контроллеров, основную (4) и резервную (5) бортовые вычислительные станции, подключенные соответственно, к упомянутым основному и резервному каналам информационного обмена коммутируемой сети Ethernet, интегрированную систему (3) сбора, контроля, обработки и регистрации полетной информации, основным и резервным каналами информационного обмена подключенную соответственно к основному и резервному каналам информационного обмена коммутируемой сети (16) Ethernet, причем основной (10) и резервный (11) блоки преобразования сигналов подключены по каналу информационного обмена к общесамолетному (9) оборудованию, а выходы электропитания основного (12) и резервного (13) блоков защиты и коммутации линий электропитания постоянного тока, а также выходы электропитания основного (14) и резервного (15) блоков защиты и коммутации линий электропитания переменного тока подключены ко входам питания общесамолетного (9) оборудования.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения со ссылками на прилагаемый чертеж (см. фиг.1), на котором показана структурная схема настоящей системы управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами.
Осуществление изобретения
Предлагаемый пассажирский самолет, содержащий, в частности, систему управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами, содержит:
- основной (1) блок вычислителей-концентраторов и резервный (2) блок вычислителей-концентраторов;
- интегральную систему (3) сбора, контроля, обработки и регистрации полетной информации (ИССКОР);
- основную (4) бортовую вычислительную станцию и резервную (5) бортовую вычислительную станцию;
- приборную доску (6);
- комплексный потолочный пульт (7);
- самолетные системы (8);
- общесамолетное оборудование (9);
- основной (10) блок преобразования сигналов и резервный (11) блок преобразования сигналов;
- основной (12) блок защиты и коммутации постоянного электрического тока и резервный (13) блок защиты и коммутации постоянного электрического тока;
- основной (14) блок защиты и коммутации переменного электрического тока и резервный (15) блок защиты и коммутации переменного электрического тока;
- коммутируемую сеть (16) Ethernet;
- коммутируемую бортовую сеть (17); и
- сеть (18) контроллеров (Controller Area Network, CAN).
В предлагаемом пассажирском самолете с системой управления общесамолетным оборудованием к самолетным системам (8) относятся: маршевая силовая установка; вспомогательная силовая установка; топливная система; система торможения колес; система управления поворотом переднего колеса; система энергоснабжения; противопожарная система; система внешнего светотехнического оборудования; бортовая система технического обслуживания; комплексная система управления.
В состав общесамолетного оборудования (9) входят: система управления уборкой и выпуском шасси; гидравлическая система; кислородная система; система нейтрального газа; комплексная система кондиционирования воздуха; система мониторинга температуры и давления колес; система аварийно-спасательного оборудования; система водоснабжения и удаления отходов; система контроля положения дверей и люков; система бытового и кухонного оборудования; система обогрева стекол; противообледенительная система; система контроля положения дверей и люков.
В одном из вариантов реализации предлагаемого изобретения, коммутируемая сеть (16) Ethernet представляет собой быстродействующий высоконадежный канал информационного обмена, соответствующий стандарту ARINC-664, коммутируемая бортовая сеть (17) - однонаправленный мультиплексный канал информационного обмена, соответствующий стандарту ARINC-429, а сеть (18) контроллеров - двунаправленный мультиплексный канал информационного обмена, в варианте реализации изобретения, соответствующем стандарту ARINC-825.
В настоящем пассажирском самолете система управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами решает задачи преобразования и передачи информации о параметрах систем самолетного оборудования, управления общесамолетным оборудованием и их исполнительными устройствами, контроля систем, выдачи информации для подготовки отображения их состояния, выдачи сигнальных сообщений о состоянии систем и их режимах работы.
Основной (1) и резервный (2) блоки вычислителей-концентраторов (БВК1-O (1) и БВК2-P (2) соответственно) осуществляют информационный обмен в соответствии с требованиями действующих стандартов и технических регламентов: ГОСТ 18977-79, РТМ 1495-75 с изм. 3, со стандартом ARINC-825 (АС 1.1. 825-2009), со стандартом ARINC-664.
Также, БВК1-O (1) и БВК2-P (2) осуществляют прием от сопрягаемого оборудования входных разовых команд первого (РК1) и второго (РК2) уровней, самоконтроль, логическую обработку информации, контроль напряжений питания блока, текущий контроль исправности блока, формирование текущего состояния блока.
Основной (10) и резервный (11) блоки преобразования сигналов (БПС1-O (10) и БПС2-P (11) соответственно) осуществляют прием аналоговых и дискретных сигналов, их первичную обработку и выдачу по внутрисистемной кодовой линии связи, питание датчиков, контроль напряжений питания блока, текущий контроль исправности блока, формирование текущего состояния блока.
Основной (12) и резервный (13) блоки защиты и коммутации постоянного электрического тока (БЗК1-O и БЗК2-P соответственно) в варианте исполнения с напряжением 27 В осуществляют прием информации по внутрисистемной кодовой линии связи.
В основном (12) и в резервном (13) блоках защиты и коммутации постоянного электрического тока осуществляется прием дискретных сигналов прямого управления, поступающих из комплексного потолочного пульта, обеспечивается функция самоконтроля, а также формирование команд управления исполнительными механизмами общесамолетных систем. Блоки БЗК1-O (12) и БЗК2-P (13) также осуществляют «эхоконтроль» команд управления.
Основной (12) и резервный (13) блоки защиты и коммутации постоянного электрического тока также обеспечивают защиту выходных силовых цепей от перегрузок, а также контроль напряжений питания блока, текущий контроль исправности блока, а также формируют отчет о текущем состоянии блока.
Основной (14) и резервный (15) блоки защиты и коммутации переменного электрического тока (БЗК2-P и БЗК2-P соответственно) в варианте исполнения с напряжением 115 В осуществляют прием информации по внутрисистемной кодовой линии связи, прием дискретных сигналов прямого управления от верхнего пульта пилотов, самоконтроль, формирование команд управления исполнительными механизмами общесамолетных систем, «эхо-контроль» команд управления и защиту выходных силовых цепей блока от перегрузок, контроль напряжений питания блока, текущий контроль исправности блока, формирование текущего состояния блока.
Основной и резервной блоки бортовой вычислительной станции (БВС) предназначены для выполнения вычислительных и управляющих функций в составе информационно-управляющих систем комплексов бортового оборудования (КБО). БВС обеспечивает резервированную полнодуплексную связь на основе последовательного высокоскоростного интерфейса коммутируемой архитектуры между установленными в нее интеллектуальными электронными модулями (процессорные модули общего назначения, модули цифровой обработки сигналов и т.п.) и также связь с другими системами КБО. Также БВС обеспечивает прием видеоинформации, формирование и наложение графических изображений и выдачу итоговой синтезированной видеоинформации в систему индикации летательного аппарата.
В заявленном пассажирском самолете система управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами обеспечивает выполнение функций в режиме ручного и автоматического управления. Режим ручного управления осуществляется путем получения команды на выполнение циклограммы управления исполнительным механизмом самолетной системы от органов управления, находящихся в кабине пилотов. В режиме автоматического управления признаки активации циклограмм управления ОСО формируются на основе информации, принимаемой системой от самолетных систем. Ручное управление имеет более высокий приоритет, чем автоматическое управление.
Контроль общесамолетного оборудования осуществляется системой СУОСОСС методом сопоставления сформированных команд управления с информацией, полученной от систем вследствие ее выполнения и с помощью команд запроса, инициирующих запуск процедуры встроенного самоконтроля комплексов бортового радиоэлектронного оборудования.
Информация о результатах контроля передается в интегрированную систему (3) сбора, контроля, обработки и регистрации полетной информации и в бортовые вычислительные станции. При этом обеспечивается выдача в интегрированную систему (3) сбора, контроля, обработки и регистрации полетной информации (3) по быстродействующему высоконадежному каналу информационного обмена, в варианте реализации изобретения соответствующему стандарту ARINC-664, значений текущих параметров, кодов событий и кодов отказавших блоков систем, выявленных на всех этапах работы объекта.
Блоки системы управления разработаны на основе использования мультипроцессорных средств, обеспечивающих высокую производительность и функциональное деление решаемых задач (цифровая обработка сигналов, выполнение алгоритмов контроля параметрической информации, выполнение алгоритмов реконфигурации системы управления с целью минимизации последствий отказа, формирование команд управления, оценка собственной работоспособности без применения наземной контрольно-проверочной аппаратуры). Каждый блок СУОСОСС состоит из универсальных функционально независимых модулей.
Модули приема аналоговых сигналов, модули приема дискретных сигналов и модули формирования команд управления выполнены с возможностью передачи сигналов модулю процессора и ввода/вывода по двунаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, в одном из вариантов реализации изобретения, соответствующему стандарту ARINC-825.
Все основные блоки в системе управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами пассажирского самолета выполнены по схеме двукратного резервирования, то есть включают основные и резервные блоки (БВС1-O и БВС2-Р, БВК1-O и БВК2-Р, БПС1-O и БПС2-Р, БЗК1-O и БЗК1-Р, БЗК2-O и БЗК2-Р).
Кроме того, основные и резервные блоки БВК1-O и БВК2-Р, БПС1-O и БПС2-Р, БЗК1-O и БЗК1-Р, БЗК2-O и БЗК2-Р имеют внутреннее двукратное резервирование с помощью основного канала A и резервного канала Б.
Все модули указанных блоков содержат встроенные средства контроля работоспособности.
Во всех указанных блоках основной канал A и резервный канал Б работают одновременно. При этом результаты расчетов, оценивающих их работоспособность, непрерывно сравниваются. В случае совпадения этих результатов указанные каналы А и Б продолжают работать. В противном случае включаются средства контроля работоспособности, выявляется и исключается неисправный канал. В дальнейшем продолжает работу только исправный канал. В случае отказа исправного канала основного блока подключается к работе резервный блок. Аналогичная процедура поиска отказов и исключения неисправного канала в резервном блоке повторяется.
Таким образом, в заявляемом пассажирском самолете реализовано четырехкратное резервирование основных функций системы управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами. Это обеспечивает высокую надежность и безопасность полета, которая значительно выше, чем у прототипа.
Заявляемая система управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами обладает определенной универсальностью, так как может быть подключена к различным бортовым вычислительным системам, имеющим разные интерфейсы для использования как быстродействующего высоконадежного канала информационного обмена, соответствующего стандарту ARINC-664, так и двунаправленного мультиплексного канала информационного обмена, соответствующего стандарту ARINC-825.
Промышленная применимость
Изобретение предназначено 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 изобретением, разрабатываются и выпускаются как отечественными промышленными предприятиями, так и ведущими компаниями в зарубежных странах.
Предусмотренное 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.