Принципы разработки и модернизации комплексов бортового оборудования (КБО) перспективных летательных аппаратов

ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ И МОДЕРНИЗАЦИИ КОМПЛЕКСОВ БОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ (КБО) ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

А.М. Рогачевский, Ю.Н. Виноградов Введение

В настоящей статье рассмотрены крайне актуальные на сегодняшний день вопросы разработки, испытания и внедрения бортовой авионики на самолеты и вертолеты гражданского и военного назначения. При этом речь идет о комплексах бортового оборудования (КБО) различного назначения, представляющих собой сложные программно-аппаратные системы.

Круг работ по комплексированию должен охватывать весь спектр гражданских и военных самолетов и вертолетов, в частности, КБО следующих типов объектов:

• гражданских транспортных самолетов;

• гражданских самолетов специального применения (перевозка грузов, исследования земной поверхности, воздействия на атмосферу, самолеты-салоны и т.д.);

• самолетов дальней авиации (ракетоносцы, бомбардировщики, разведчики);

• самолетов фронтовой авиации (штурмовики, бомбардировщики, истребители, разведчики);

• учебно-тренировочных самолетов (УТС);

• самолетов военно-транспортной авиации (ВТА);

• самолетов пограничной авиации;

• самолетов дальнего радиолокационного обнаружения (ДРЛО), разведки;

• вертолетов (ударные, транспортно-десантные, многоцелевые).

В зависимости от назначения объекта и, как следствие, требований ТЗ на комплекс назначение разрабатываемых КБО также различно:

• навигационные (НК);

• пилотажно-навигационные (ПНК);

• индикационные (ИК);

• прицельно-навигационные (ПрНК, ПрВК);

• управления вооружением (СУВ).

Выбор и анализ критерия разработки КБО

Системный подход к проектированию КБО предполагает учет множества факторов, зачастую противоречивых, которые могут быть интегрированы в следующий критерий: "Минимизация суммарной стоимости КБО, отнесенной ко всему его жизненному циклу, с обеспечением возрастающих требований к его эффективности".

Под суммарной стоимостью понимают стоимость приобретения КБО, а также его эксплуатации и модернизации на протяжении всего жизненного цикла.

Стоимость приобретения определяется стоимостью таких составных частей, как разработка и сертификация; а также компонентной и элементной базы.

Стоимость этого этапа жизненного цикла КБО может быть уменьшена за счет стандартизации и унификации аппаратных и программных модулей и, как следствие, возможности использования фрагментов или модификации архитектур базовых разработок. Стоимость компонентной и элементной базы также может быть уменьшена путем ее унификации.

Стоимость эксплуатации определяется в значительной мере затратами на техническое обслуживание (ТО) и ремонт, которые, в свою очередь, зависят от достоверности, знания технического состояния КБО и стоимости ремонта аппаратуры.

Стоимость эксплуатации может быть уменьшена за счет информационной и аппаратурной избыточности КБО и реализации на ее базе свойства отказоустойчивости КБО, т.е. способности работать в условиях отказов и сбоев без снижения ТТХ, а также унификации и быстросъемности элементов КБО, что позволит иметь общий ЗИП для аэродромов базирования ЛА.

Стоимость модернизации, необходимость которой обоснована в разделе 4 настоящей статьи, может быть уменьшена за счет изначальной разработки КБО открытой архитектуры, стандартизации и унификации аппаратных и программных модулей, что позволит легко модернизировать структуру и программное обеспечение (ПО) КБО на протяжении всего жизненного цикла.

Эффективность КБО _ определяется, в основном, его точностью и надежностью. Обе характеристики задаются в ТЗ на КБО и рассчитываются на основе точностных характеристик датчиков и алгоритмов обработки информации, надежностных характеристик аппаратуры и структуры КБО.

Указанные характеристики могут быть достигнуты только путем реализации свойства отказоустойчивости КБО. Данная задача решается введением в КБО информационной и аппаратурной избыточности для обеспечения диагностического контроля, защиты информации, реконфигурации, восстановления.

Таким образом, реализация выбранного критерия разработки комплексов БРЭО для любого ЛА базируется на реализации следующих свойств:

• открытой архитектуры КБО, определяющей возможности дальнейшей модернизации комплекса и реализуемой путем избыточной вычислительной мощности и пропускной способности интерфейсов, стандартизации аппаратных модулей, стандартизации программных модулей с отделением ПО от аппаратуры (загружаемое ПО) и прикладного ПО от системного;

• отказоустойчивости КБО, гарантирующей при работе в условиях отказов элементов, внешних и внутренних помех и сбоев достоверное выполнение своих функций, определяя свое текущее состояние и реконфигурируя, при необходимости, свою архитектуру. Принцип отказоустойчивости КБО реализуется применением информационной и аппаратурной избыточности.

Структура КБО перспективного самолета С-80

В качестве примера рассмотрим систему самолетовождения и индикации ССИ-80, разработанную для нового грузопассажирского самолета АО "ОКБ СУХОГО" С-80. Разработку самолета возглавляет директор программы - главный конструктор АО "ОКБ СУХОГО" Геннадий Александрович Литвинов.

Самолет С-80 и система ССИ-80 в настоящее время находится на этапе летных испытаний.

ССИ-80 разработана в соответствии с требованиями ТЗ и назначением самолета, как бортовой комплекс, решающий широкий круг задач навигации, пилотирования и индикации, в том числе, параметров общесамолетного оборудования.

Таким образом, основным назначением КБО ССИ-80 является:

• автоматизированное, дискретное и ручное самолетовождение с оптимизацией режимов полета по внутренним и зарубежным трассам гражданской авиации;

• управление радиотехническими системами (РТС) в ручном и автономном режимах;

• отображение экипажу пилотажной, навигационной и обзорной информации, а также справочной информации, информации о функционировании бортового оборудования, его отказах и неисправностях, рекомендации по парированию отказов и неисправностей;

• контроль технического состояния бортового оборудования, регистрация, хранение и выдача результатов контроля при техническом обслуживании самолета.

При разработке КБО используются основные элементы ядра комплекса: вычислительная система (ВС) и информационно-управляющее поле (ИУП).

ВС ССИ-80 организована на базе 4 вычислителей и состоит из бортовой цифровой вычислительной машины БЦВМ90-605 (2 шт.) и блока преобразования сигналов БПС-80 (2 шт.) разработки и изготовления ОКБ «ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА».

БЦВМ90-605 является высокопроизводительной вычислительной машиной на RISC - процессоре, предназначенной для решения задач:

• самолетовождения по информации от систем-датчиков;

• обеспечения взаимодействия экипажа с РТС навигации и посадки;

• выдачи на индикаторы необходимой информации;

• отображения на экранах пультов любой знакографической информации.

БПС-80 представляет собой ЦВМ с развитым устройством ввода-вывода, обеспечивающим прием и выдачу информации на индикаторы и потребителям последовательным кодом и в аналоговом виде.

БЦВМ90-605 и БПС-80 состоят из конструктивно функциональных модулей (КФМ), производство которых в настоящее время освоено серийными заводами.

ИУП комплекса является одной из наиболее важных его частей, так как оно обеспечивает связь пилота с КБО и ЛА в целом. В состав ИУП входят информационные системы, а также управляющие органы.

Органы зрения являются наиболее информативной системой человека, поэтому наибольший объем информации передается пилоту с помощью индикационных приборов.

В качестве индикаторов ИУП используются многофункциональные цветные индикаторы МФЦИ-0331 (3 шт.) и индикационная панель пульта управления и индикации ПУИ80С (2 шт.). Управляющая часть ИУП включает в себя кнопочное обрамление МФЦИ-0331, клавиатуру ПУИ80С, а также органы управления на рукоятках и приборной доске ЛА. МФЦИ КБО самолета С-80 представляет собой индикаторы, построенные на базе цветных жидкокристаллических панелей с размерами рабочей области экрана 6x8 дюймов и количеством пикселей 480x640. В состав МФЦИ входит генератор символов, поэтому на экран выводится знакографическая информация, синтезируемая непосредственно в индикаторе по исходным данным вычислителя КБО. На экран МФЦИ выводится также информация от РЛС, которая может быть совмещена со знакографической .

Пульты КБО самолета С-80 построены на базе монохромных электролюминесцентных панелей с размерами рабочей области экрана 3x4 дюйма и количеством пикселей 256x320. На экран пульта выводится знакографическая информация от ВС. Клавиатура включает в себя цифровое и алфавитное наборное поле, а также ряд функциональных и вспомогательных клавиш.

В состав ССИ-80 входит также система ввода информации СВИ. СВИ представляет собой загрузчик полетных данных и предназначен для ввода в ВС аэронавигационной информации и планов полета. Вторым назначением СВИ является регистрация основных событий в полете (отказы аппаратуры, действия летчика и т. д.).

Носителем информации является съемная кассета, выполненная с использованием энергонезависимой FLASH - карты. Подготовка и запись информации на FLASH - карту осуществляется наземными службами с рабочего места оператора СВИ (РМО СВИ) разработки и изготовления ОКБ «ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА». Обработка результатов полета может производиться как на борту с использованием МФЦИ, так и в АТБ на РМО СВИ.

Составной частью ССИ-80 является также спутниковая навигационная система СНС-2.

Таким образом, при разработках КБО для самолета С-80 в достаточной степени учтен основной критерий синтеза КБО, реализованный путем использования:

1. вычислительной системы на базе БЦВМ90, обладающей избыточной на сегодняшний день вычислительной мощностью и пропускной способностью интерфейса;

2. вычислительной системы, имеющей в своем составе 4 вычислителя с реализацией межмашинного обмена;

3. унифицированных КФМ вычислительных средств, средств индикации и управления;

4. стандартных модулей ПО - составных частей прикладного и системного ПО (вычислителей, индикаторов, пультов управления).

Разработка новых и модернизация существующих КБО

При создании новых типов ЛА одновременно производится и разработка комплексов БРЭО. Задача, при этом, решается "с чистого листа": разработка ведется по ТЗ, но ограничения минимальны, поскольку комплекса еще не существует. Примером могут служить ОКР по самолетам С-80, ЯК-130, МИГ-АТ.

Однако продолжительность жизненного цикла ЛА составляет 25-30 лет. За это время, как правило, имеет место существенный прогресс авионики, поэтому модернизации КБО объективно необходимы.

Кроме того, в связи с распадом СССР и последующим затяжным кризисом российской промышленности разработки авиационной техники были фактически прекращены. Постройка новых самолетов и вертолетов происходит в настоящее время достаточно редко. Поэтому задача модернизации бортового оборудования самолетов, в значительной степени устаревшего и не отвечающего современным требованиям, в настоящее время крайне актуальна.

Подтвердим вышесказанное на примере состояния гражданской авиации. В настоящее время на трассах гражданской авиации пассажиров перевозят, в основном, самолеты ТУ-134 и ТУ-154, на местных воздушных линиях и ближнемагистральных трассах летают АН-24, ЯК-40 и ЯК-42, на дальнемагистральных трассах - ИЛ-86 и ИЛ-62. Кроме того, на трассы выведены ТУ-204 и ИЛ-96.

Базовое БРЭО всех перечисленных самолетов (за исключением ТУ-204 и ИЛ-96) давно устарело и не отвечает современным требованиям. Его состояние таково:

• АН-24, ЯК-40 - набор автономно функционирующих приборов;

• ТУ-134, ТУ-154, ИЛ-62 - комплексы на базе аналоговых вычислителей;

• ЯК-42, ИЛ-86 - первые комплексы на базе цифровых вычислителей.

Даже цифровые комплексы БРЭО ТУ-204 и ИЛ-96, включающие индикаторы на ЭЛТ, ПУИ, КП РТС и цифровые вычислители, разработаны и внедрены достаточно давно.

Необходимость модернизации КБО очевидна.

Возможны два варианта модернизации: "ограниченная" и "полная". При "ограниченной" модернизации ядро существующего оборудования остается без изменений, кроме того, дорабатывается ПМО и устанавливается дополнительное оборудование, позволяющее довести уровень БРЭО до требуемой с точки зрения состава и круга решаемых задач. При "полной" модернизации существующее оборудование целиком заменяется на современный комплекс БРЭО, за исключением, в некоторых случаях, датчиков пилотажно-навигационной информации.

Первый вариант модернизации был реализован на самолетах ЯК-42, ИЛ-86, АН-72, АН-74 и заключался, в основном, в применении позиционных корректоров бортовых комплексов оборудования (GPS либо аппаратура VOR/DME).

Второй вариант модернизации реализуется в настоящее время на ряде самолетов и вертолетов различного назначения.

Таким образом, задачи разработки КБО для новых типов ЛА и модернизации существующих одинаково актуальны и в равной степени требуют решения.

Заключение

К сожалению, в небольшой статье невозможно подробно осветить все вопросы, связанные с разработкой и модернизацией комплексов бортового оборудования перспективных летательных аппаратов различного назначения. Вне рамок статьи остались вопросы стендового обеспечения с использованием персональных компьютеров в качестве статических и динамических имитаторов систем-датчиков и окружающей среды, принципы реализации модулей ПО и их отработки, вопросы сертификации КБО и ПО, вопросы сопровождения эксплуатации, поддержания эффективности КБО на протяжении жизненного цикла, а также ряд других.

Однако основные принципы разработки и модернизации КБО перспективных летательных аппаратов освещены и проиллюстрированы на примере КБО для современного самолета С-80.

Таким образом, цель настоящей статьи можно считать выполненной.