СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ОБЩЕСАМОЛЕТНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ
AIRCRAFT GENERAL HARDWARE CONTROL SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к авиационной технике и предназначено для использования в управлении летательными аппаратами, в том числе пассажирскими самолетами, а более конкретно - для выполнения задач преобразования и передачи информации о параметрах систем самолетного оборудования, контроля состояния систем, выдачи информации для подготовки отображения их состояния на индикаторах, выдачи сигнальных сообщений о состоянии систем и режимах их работы для автоматического и ручного управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами.
Уровень техники
В современном самолете технические возможности и эффективность работы системы управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами (СУОСОСС) имеют определяющее 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 обусловливает перспективы развития как гражданской, так и военной авиации.
Интенсивность использования авиационной техники и расширение круга выполняемых ею функциональных задач 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 «Экипаж - бортовое оборудование - воздушное судно» в контуре штурвального и автоматического управления самолетом.
Для обеспечения безопасности полета в условиях возможных нештатных ситуаций на самолетах используют 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 проверке, 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 взлета, полета, посадки и руления под общим контролем экипажа.
Из уровня техники известна платформа интегрированной модульной авионики (см. публикацию патента RU 2413280 С1, МПК G06F 9/02, опубл. 27.02.2011), выполненная в виде одного или двух крейтов, содержащих две подсистемы с установленными в каждой подсистеме коммутатором и двумя парами вычислительных модулей. Использование в известной платформе нескольких настраиваемых многофункциональных программных средств приводит к сложности при настройке штатного режима работы такой платформы интегрированной модульной авионики.
В уровень техники также включена 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 А1, МПК G06F 11/16, опубл. 06.12.2001), однако функциональные возможности указанной системы ограничены, и поэтому она не удовлетворяет ряду требований, предъявляемым к современным пассажирским самолетам.
Также из уровня техники известен самолет с системой управления общесамолетным оборудованием (см. публикацию патента RU 2263044 С1, МПК В64С 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.
Из уровня техники известна система управления оборудованием самолета, которая определена в качестве наиболее близкого аналога (прототипа) предлагаемого изобретения (см. публикацию заявки FR 2858863 А1, МПК G09B 9/03, опубл. 18.02.2005).
Система управления общесамолетным оборудованием, определенная в качестве прототипа, включает панели управления со средствами управления, выполненными с возможностью управления летно-техническим составом, общесамолетное оборудование и соединяющую его со средствами управления систему связи, содержащую первый и второй каналы связи, отделенные друг от друга и проложенные разными трассами в самолете, каждый из которых содержит два канала информационного обмена, набор первых компьютеров, подключенных к общесамолетному оборудованию непосредственно, а к панелям управления с помощью первого канала связи и набор вторых компьютеров, подключенных к общесамолетному оборудованию непосредственно, а к панелям управления с помощью второго канала связи.
В прототипе настоящего изобретения не обеспечивается требуемый уровень надежности, а также не достигается высокая контролепригодность, как функциональность к выполнению необходимых операций контроля и диагностирования технического состояния.
Сущность изобретения
Целью изобретения является повышение эффективности эксплуатации самолета и сокращение расходов на техническое обслуживание и ремонт.
Указанная цель достигается за счет того, что в системе управления общесамолетным оборудованием содержится пульт управления со средствами управления летно-техническим составом, общесамолетное оборудование, система информационного обмена, обеспечивающая обмен данными между общесамолетным оборудованием и пультом управления по первому и по второму каналам связи, каждый из которых содержит основной и резервный канал информационного обмена, первый и второй блоки вычислителей-концентраторов, первый и второй блоки преобразования сигналов, информационные входы-выходы которых подключены соответственно к первому и ко второму информационному входу-выходу общесамолетного оборудования, первый и второй блоки защиты и коммутации линий электропитания постоянного тока, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входу электропитания постоянного тока общесамолетного оборудования, первый и второй блоки защиты и коммутации линий электропитания переменного тока, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входу электропитания переменного тока общесамолетного оборудования, причем каждый из перечисленных блоков содержит основной и резервный модули, при этом интерфейс основного и резервного модулей первого блока вычислителей-концентраторов, первого блока преобразования сигналов, первого блока защиты и коммутации линий электропитания постоянного тока, первого блока защиты и коммутации линий электропитания переменного тока подключены соответственно к первому основному и первому резервному каналу информационного обмена, а интерфейс основного и резервного модулей второго блока вычислителей-концентраторов, второго блока преобразования сигналов, второго блока защиты и коммутации линий электропитания постоянного тока, второго блока защиты и коммутации линий электропитания переменного тока - ко второму основному и ко второму резервному каналу информационного обмена соответственно.
В одном из вариантов реализации системы управления общесамолетным оборудованием, упомянутые панели управления со средствами управления выполнены в виде комплексного потолочного пульта управления.
В другом варианте реализации предлагаемой системы, основной и резервный каналы информационного обмена первого и второго каналов связи системы информационного обмена выполнены в виде двунаправленного мультиплексного канала информационного обмена, соответствующего спецификации ARINC-825.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и улучшение контролепригодности системы управления общесамолетным оборудованием.
Указанный технический результат достигается в предлагаемой системе управления общесамолетным оборудованием, содержащей
пульт управления (2) со средствами управления летно-техническим составом,
общесамолетное оборудование (3),
систему информационного обмена (4), обеспечивающую обмен данными между общесамолетным оборудованием (3) и пультом управления (2) по первому (5) и по второму (6) каналам связи,
причем первый канал (5) связи содержит первый основной (7) и первый резервный (8) каналы информационного обмена, а второй (6) канал связи - второй основной (9) и резервный (10) каналы информационного обмена, причем система также содержит
первый (11) и второй (12) блоки вычислителей-концентраторов (БВК1-О (11) и БВК1-Р (12) соответственно),
первый (17) и второй (18) блоки преобразования сигналов (БПС1-О (11) и БПС2-Р (12) соответственно), информационные входы-выходы которых подключены соответственно к первому и ко второму информационному входу-выходу общесамолетного оборудования (3),
первый (13) и второй (15) блоки защиты и коммутации линий электропитания постоянного тока (БЗК1-О (13) и БЗК1-Р (15) соответственно), выходы которых подключены соответственно к первому и второму входу электропитания постоянного тока общесамолетного оборудования (3),
первый (14) и второй (16) блоки защиты и коммутации линий электропитания переменного тока (БЗК2-О (14) и БЗК2-Р (16) соответственно), выходы которых подключены соответственно к первому и второму входу электропитания переменного тока общесамолетного оборудования (3),
причем первый (11) и второй (12) блоки вычислителей-концентраторов, первый (13) и второй (15) блоки защиты и коммутации линий электропитания постоянного тока, первый (14) и второй (16) блоки защиты и коммутации линий электропитания переменного тока, а также первый (17) и второй и (18) блоки преобразования сигналов содержат основной (канал О) и резервный (канал Р) модули,
при этом интерфейсы основного и резервного модулей первого блока (11) вычислителей-концентраторов, первого блока (17) преобразования сигналов, первого блока (13) защиты и коммутации линий электропитания постоянного тока, первого блока (14) защиты и коммутации линий электропитания переменного тока подключены соответственно к первому основному (7) и первому резервному (8) каналу информационного обмена, а интерфейсы основного и резервного модулей второго блока (12) вычислителей-концентраторов, второго блока (18) преобразования сигналов, второго блока (15) защиты и коммутации линий электропитания постоянного тока, второго блока (16) защиты и коммутации линий электропитания переменного тока - ко второму основному (9) и ко второму резервному (10) каналу информационного обмена соответственно.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения со ссылками на прилагаемые материалы чертежей (см. фиг.1), на которых показана структурная схема предлагаемой системы управления общесамолетным оборудованием.
Осуществление изобретения
Система управления общесамолетным оборудованием, структурная схема которой показана на фиг.1, содержит панели управления (2) со средствами управления, выполненными с возможностью управления летно-техническим составом, общесамолетное (3) оборудование и соединяющую его со средствами управления систему (4) информационного обмена, содержащую первый основной (7), первый резервный (8), второй основной (9) и второй резервный (10) каналы связи, которые проложены разными путями в самолете, причем система управления общесамолетным оборудованием также содержит первый (11) и второй (12) блоки вычислителей-концентраторов, первый (13) и второй (15) блоки защиты и коммутации линий электропитания постоянного тока, первый (14) и второй (16) блоки защиты и коммутации линий электропитания переменного тока, подключенные к общесамолетному оборудованию (3) непосредственно, а к первому блоку (11) вычислителя концентратора - с помощью первого канала связи (5), второй блок (15) защиты и коммутации линий электропитания постоянного тока (БЗК1-Р) и второй блок (16) защиты и коммутации линий электропитания переменного тока (БЗК2-Р), подключенные к общесамолетному оборудованию (3) непосредственно, а ко второму блоку (12) вычислителей-концентраторов - с помощью второго канала (6) связи, а также первый блок (17) преобразования сигналов (БПС1-0), подключенный к общесамолетному оборудованию (3) непосредственно, а к первому блоку (11) вычислителей-концентраторов - с помощью первого канала (5) связи, второй блок (18) преобразования сигналов (БПС2-Р), подключенный к общесамолетному оборудованию (3) непосредственно, а ко второму блоку (12) вычислителей-концентраторов - с помощью второго канала (6) связи.
В состав общесамолетного оборудования (3) входят (на фиг. не показаны):
- 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 утилизации продуктов жизнедеятельности;
- система контроля положения дверей и люков;
- система бытового и кухонного оборудования;
- система обогрева остекления самолета;
- противообледенительная система.
Предлагаемая система управления общесамолетным оборудованием позволяет осуществлять управление, контроль и диагностику состояния общесамолетного оборудования (3) при наземном контроле, проверке и подготовке к полету с высокой степенью полноты, достоверности и надежности.
Заявленная система управления общесамолетным оборудованием обеспечивает выполнение следующих функций:
- автоматического управления сопрягаемыми системами самолета на всех этапах полета; сбора информации от сопрягаемых систем, датчиков и исполнительных устройств;
- обработки потоков собранных данных для обеспечения работы сопрягаемых систем; дистанционного прямого управления агрегатами самолетных систем от органов управления на комплексном потолочном пульте управления пилотов;
- полетного и наземного контроля технического состояния общесамолетных систем;
- визуализации состояния сопрягаемых систем и оборудования на многофункциональных индикаторах и сигнализаторах панелей управления;
- организации контура аварийной сигнализации.
Первый (11) и второй (12) блоки вычислителей-концентраторов, входящие в состав предлагаемой системы управления общесамолетным оборудованием, осуществляют следующие функции:
- информационный обмен в соответствии с требованиями действующих стандартов и технических регламентов;
- прием от сопрягаемого оборудования входных разовых команд первого и второго уровней;
- самоконтроль;
- логическую обработку информации;
- контроль напряжений питания блока;
- текущий контроль исправности блока;
- формирование текущего состояния блока.
Первый (17) и второй (18) блоки преобразования сигналов обеспечивают:
- прием всех аналоговых и дискретных сигналов;
- первичную обработку этих сигналов и выдачу по первому основному (7), первому резервному (8), второму основному (9) и второму резервному (10) каналам информационного обмена соответствующих каналов связи (5), (6) сети информационного обмена (4);
- питание датчиков систем авионики самолета;
- контроль напряжений питания блока;
- текущий контроль исправности блока;
- формирование текущего состояния блока.
Первый (13) и второй (15) блоки защиты и коммутации линий электропитания постоянного тока в варианте исполнения с напряжением 27 Вольт осуществляют следующие функции:
- прием информации по первому (5) и второму (6) каналам связи, а также пяти дискретных сигналов прямого управления, поступающих из пульта управления (2) со средствами управления, который в варианте реализации заявленной системы может быть выполнен в виде комплексного потолочного пульта (КПП);
- 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.
Первый (14) и второй (16) блоки защиты и коммутации линий электропитания переменного тока в варианте исполнения с напряжением 115 Вольт осуществляют:
- прием информации по первому основному (7), первому резервному (8), второму основному (9) и второму резервному (10) каналам информационного обмена;
- 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.
Все блоки, входящие в состав заявленной системы управления общесамолетным оборудованием, 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, входящий в состав заявленной системы управления общесамолетным оборудованием, состоит из двух функционально независимых модулей - основного и резервного.
Улучшение контролепригодности самолета с данной системой управления общесамолетным оборудованием по сравнению с прототипом достигается за счет введения первого (17) и второго (18) блоков преобразования сигналов.
Блоки БПС1-О (17) и БПС2-Р (18) позволяют определять в реальном масштабе времени соответствие общесамолетного оборудования (3) требованиям оперативного контроля работоспособности и штатного функционирования на всех этапах полета, а также выполнение требований к обработке и накоплению полетной диагностической информации для ее последующего использования на земле и прогнозирования.
Повышение надежности самолета с такой системой управления общесамолетным оборудованием достигается за счет реализации схемы четырехкратного резервирования всех блоков системы.
Схема четырехкратного резервирования реализована путем двукратного резервирования на уровне первого и второго блоков вычислителей-концентраторов, первого и второго блоков защиты и коммутации линий электропитания постоянного тока, первого и второго блоков защиты и коммутации линий электропитания переменного тока, первого и второго блоков преобразования сигналов, в которых в свою очередь имеются первый - основной блок и второй - резервный блок.
Таким образом, первый (11) и второй (12) блоки вычислителей-концентраторов, первый (13) и второй (15) блоки защиты и коммутации линий электропитания постоянного тока, первый (14) и второй (16) блоки защиты и коммутации линий электропитания переменного тока, а также первый (17) и второй (18) блоки преобразования сигналов являются соответственно основными и резервными блоками заявленной системы управления общесамолетным оборудованием.
Кроме того, для обеспечения необходимого уровня надежности, в каждом из указанных блоков осуществлено двукратное резервирование на уровне модулей (каналов) за счет введения двух встроенных функционально и технически попарно одинаковых модулей (основных каналов и резервных каналов).
Промышленная применимость
Изобретение предназначено для использования в авиационной технике при проектировании и строительстве современных и перспективных пассажирских самолетов, обеспечивающих высокую надежность и безопасность 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 зарубежных стран.
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.