Интегрированная система регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса "человек-машина"
INTEGRATED SYSTEM FOR DATA RECORDING, DIAGNOSTICS OF THE TECHNICAL AND PHYSICAL CONDITION OF THE "MAN-MACHINE" COMPLEX

Изобретение относится к приборостроительной технике и может быть использовано на летательном аппарате (ЛА) 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» - патент РФ №2735067, кл. G01D 9/28, 2020. 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, устройство измерения несоконусности лопастей несущего винта, устройство для динамической балансировки несущего винта, устройство контроля приближения к режиму «вихревое кольцо», устройство для индикации срыва потока на лопастях несущего винта, соединенные определенным образом. Недостатком системы является недостаточная безопасность и надежность в эксплуатации в составе ЛА.
Наиболее близким к заявляемому решению аналогом является интегрированная система регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина» - патент РФ №2762522, кл. G01D 9/28, 2021. 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, устройство измерения несоконусности лопастей несущего винта, устройство для динамической балансировки несущего винта, устройство контроля приближения к режиму «вихревое кольцо», устройство для индикации срыва потока на лопастях 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 источникам 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 блока накопления и обработки диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА, блока диагностирования физического состояния пилота, устройства измерения несоконусности лопастей несущего винта, устройства для динамической балансировки несущего винта и устройства для индикации срыва потока на лопастях несущего винта, 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 которого подключены к четвертому входу блока съема информации и к девятому входу подсистемы регистрации данных ЛА, соответственно, первый второй и третий входы устройства для индикации срыва потока на лопастях несущего винта соединены с датчиками определения срыва потока на лопастях несущего винта, первый и второй выходы устройства для индикации срыва потока на лопастях несущего винта подключены к пятому входу блока съема информации и десятому входу подсистемы регистрации данных ЛА соответственно, первый, второй и третий входы устройства для динамической балансировки несущего винта подключены к датчикам оценки динамической балансировки несущего винта, первый и второй выходы устройства для динамической балансировки несущего винта соединены с шестым входом блока съема информации и одиннадцатым входом подсистемы регистрации данных ЛА, соответственно, на первый вход устройства контроля приближения к режиму «вихревое кольцо» подключаются значения вертикальной скорости вертолета, на второй вход - значения горизонтальной скорости воздушного потока, на третий вход - значения угла тангажа, на четвертый вход - значения угла отклонения автомата перекоса в продольном направлении, четвертый выход подсистемы регистрации данных ЛА подключен к пятому входу устройства контроля приближения к режиму «вихревое кольцо», а первый, второй и третий выходы последнего соединены с двенадцатым входом подсистемы регистрации данных ЛА, с седьмым входом блока съема информации и системой автоматического управления ЛА, соответственно. При этом система снабжена подсистемой предупреждения режима «подхват вертолета», на первый, второй и третий входы которой подключаются сигналы от аэродинамического, спутникового и определения углового пространственного положения каналов соответственно, четвертый вход подсистемы предупреждения режима «подхват вертолета» подключен к четвертому выходу подсистемы регистрации данных, первый, второй и третий выходы подсистемы предупреждения режима «подхват вертолета» соединены с тринадцатым входом подсистемы регистрации данных, восьмым входом блока съема информации и системой автоматического управления ЛА, соответственно.
Недостатками этой системы является сложность системы, связанная с необходимостью использования для решения каждой из задач своего процессора, логической схемы, источника питания, преобразователя информации и др., что снижает надежностные характеристики системы в целом.
Технический результат изобретения заключается в упрощении системы, снижения массо-габаритных и стоимостных характеристик, повышения надежностных характеристик 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 подготовки полетной информации для передачи на наземные пункты управления, причем первые входы подсистемы регистрации данных ЛА соединены с датчиками и цифровыми линиями связи систем ЛА для подсистемы регистрации, второй, третий и четвертый входы последней подключены к наземной аппаратуре обработки информации ЛА, бортовому пульту управления ЛА и бортовым источникам звуковой информации 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, 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, снабжена коммутатором оптических сигналов, коммутатором аналоговых и цифровых сигналов, преобразователями оптических сигналов и аналоговых в цифровой код и базовым вычислителем обработки диагностической информации, причем первый и третий входы последнего подключены к выходам преобразователей оптических и аналоговых сигналов в цифровой код, соответственно, второй вход базового вычислителя обработки диагностической информации соединен с первым выходом коммутатора аналоговых и цифровых сигналов, второй выход и четвертый вход которого подключен ко входу преобразователя аналоговых сигналов в цифровой код и третьему выходу базового вычислителя обработки диагностической информации, соответственно, второй выход которого соединен с шестым входом коммутатора оптических сигналов, выход которого подключен ко входу преобразователя оптических сигналов, четвертый выход, четвертый вход и первый выход базового вычислителя обработки диагностической информации соединены с пятым входом и четвертым выходом подсистемы регистрации данных ЛА и вторым входом блока съема информации, соответственно, причем первые входы коммутатора оптических сигналов и коммутатора аналоговых и цифровых сигналов соединены с датчиками диагностирования состояния элементов и агрегатов ЛА, вторые, третьи, четвертые и пятые входы коммутатора оптических сигналов соединены, соответственно, с датчиками диагностирования физического состояния пилота, датчиками измерения несоконусности лопастей несущего винта, датчиками оценки динамической балансировки несущего винта, датчиками определения срыва потока на лопастях несущего винта, а вторые и третьи входы коммутатора аналоговых и цифровых сигналов соединены, соответственно, с датчиками значений вертикальной и горизонтальных скоростей, угла тангажа, угла отклонения автомата перекоса, и датчиками аэродинамического, спутникового и определения углового пространственного положения каналов.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная схема интегрированной системы регистрации данных, диагностики технического и физического состояния комплекса «человек-машина».
Система включает:
- подсистему 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 входят микропроцессор и адаптер записи информации на съемную кассету с энергонезависимой памятью, блока 3 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;
- коммутатор 4 оптических каналов может быть выполнен на оптических приемниках излучения со встроенной логикой управления коммутацией сигналов;
- коммутатор 5 аналоговых и цифровых сигналов обеспечивает коммутацию аналоговых сигналов посредством набора ключевых элементов со встроенной логикой управления, цифровые команды и цифровые линии коммутируются логическими элементами с использованием ПЛИС;
- преобразователь 6 оптических сигналов в цифровой код может быть реализован с использованием фотоприемника, АЦП, микроконтроллера с памятью;
- преобразователь 7 аналоговых сигналов в цифровой код может быть выполнен на АЦП и логических элементах;
- базовый вычислитель 8 обработки диагностической информации содержит процессор с памятью в которую зашиты алгоритмы диагностической информации состояния элементов и агрегатов ЛА, диагностической информации состояния пилота, измерения несоконусности лопастей несущего винта, диагностической информации динамической балансировки несущего винта, диагностической информации срыва потока на лопастях несущего винта, диагностической информации контроля приближения к режиму «вихревое кольцо» и диагностической информации предупреждения режима «подхват вертолета».
Система работает следующим образом. Информация, поступающая от датчиков и цифровых линий систем ЛА на входы 1 подсистемы 1 преобразуется в цифровой код.
Информация по определенной для конкретного объекта применения программе формируется и запоминается в виде информационного подкадра. На вход 3 подсистемы 1 с бортового пульта вводятся опознавательные данные (номера блоков, дата, время и т.д.) которые также записываются в информационные подкадры и запоминаются в защищенном накопителе, входящем в состав подсистемы 1. Одновременно записывается звуковая информация, поступающая по входу 4 в подсистеме 1. Информация в виде подкадров передается с выхода 3 подсистемы 1 на вход 1 блока 2. В блоке 2 производится подкадровая запись и хранение информации, которая записывается в специальную выделенную зону съемной кассеты памяти.
Диагностическая информация от оптических сигналов по входам 1, 2, 3, 4, 5 через коммутатор 4 последовательно поступает на вход преобразователя 6 в котором каждый поступающий сигнал по заданным алгоритма, записанным в память преобразователя 6, преобразуется в цифровой код и по выходу преобразователя 6 поступает на вход 1 базового вычислителя 8.
Одновременно диагностическая информация от аналоговых датчиков по входам 1, 2, 3 коммутатора 5 по выходу 2 последовательно поступает на вход преобразователя 7, в котором информация последовательно по алгоритмам, зашитым в память преобразователя 7, преобразуется в цифровой код и по выходу передается на вход 3 базового вычислителя 8.
Информация по цифровым линиям по входам 1, 2, 3 через коммутатор 5 по выходу 1 поступает последовательно на вход 2 базового вычислителя 8.
В базовом вычислителе 8 вся информация, поступающая по входам 1, 2, 3, оцифровывается по времени цифровыми метками, поступающими по входу 4 и по определенной для конкретного объекта применения программе формируется и запоминается в виде информационного подкадра.
Сформированные подкадры последовательно с выхода 1 базового вычислителя 8 поступают на вход 2 блока 2, в котором производится покадровая запись и хранение информации.
Таким образом, в блоке 2 формируются и запоминаются подкадры подсистемы 1 диагностической информации, поступающей по входам 1, 2, 3, 4, 5 коммутатора 4 и входам 1, 2, 3 коммутатора 5 с записью в съемную кассету памяти.
При наземной обработке диагностической информации показания датчиков, записанных 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 и базовом вычислителе 8 при работе обеспечивается периодический тестовый контроль работы. Результаты тестового контроля базового вычислителя 8 по выходу 4 поступают на вход 5 подсистемы 1.
Обобщенные результаты тестового контроля подсистемы 1 и базового вычислителя 8 записываются в подкадр подсистемы 1 и передаются с выхода 3 подсистемы 1 в блок 2 по входу 1 и выводятся с выхода 1 подсистемы 1 на бортовую систему отображения информации.
В подсистеме 1 и базовом вычислителе 8 записываются предварительные 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 и базового вычислителя 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, определение срыва потока на лопастях несущего винта, определение приближения к режимам «вихревое кольцо» и «подхват вертолета». Одновременно с подсистемы 1 на съемную кассету памяти записывается 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 3, 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 полетов 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 подсистемы 1 для считывания необходимой информации для наземной обработки.
По выходам 2 и 3 базового вычислителя 8 передаются управляющие команды на входы 6 и 4 коммутаторов 4 и 5, соответственно, на подключении последних по заложенной программе в базовый вычислитель 8. В зависимости от требований к эксплуатации, каждый ЛА может комплектоваться необходимым набором датчиков в нескольких вариантах, то есть на объекте может устанавливаться необходимая часть описаний интегрированной системы.
Введение единого базового вычислителя двух коммутаторов и двух преобразователей сигналов позволило упростить состав системы, снизить массогабаритные характеристики и стоимость, а также повысить характеристики надежности системы. В системе решение всех задач переведено на единый вычислитель, что позволило сократить ряд процессов, источников питания, преобразователей информации ПЛИС и др. и обеспечило получение вышеперечисленных преимуществ.