Задачи и структура многофункционального стенда интеграции пилотажно-навигационного оборудования

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Авиационные электросистемы и авионика

УДК 629.735

ЗАДАЧИ И СТРУКТУРА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО СТЕНДА ИНТЕГРАЦИИ ПИЛОТАЖНО-НАВИГАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

А.Г. КУЗНЕЦОВ, И.Р. НЕВСКАЯ, И.Ю. КАСЬЯНОВ Статья представлена доктором технических наук, профессором Кузнецовым С.В.

Рассматриваются принципы построения, структура и функциональные возможности, а также особенности специального технологического оборудования и вычислительной системы стендового комплекса, предназначенного для интеграции пилотажно-навигационного оборудования средне-магистрального самолета на этапах полуна-турного моделирования и комплексирования.

Программное обеспечение вычислительной системы стенда позволяет моделировать все этапы полета, включая автоматизированный взлет и автоматическую посадку по III категории ICAO, режимы самолетовождения с решением задач четырехмерной навигации на схемах вылета и прибытия, маршрутных полетах по воздушным трассам и вне их во всех широтах в любых метеоусловиях.

Принцип построения стенда позволяет адаптировать его в процедурный или специализированный тренажер для сопровождения летной эксплуатации разрабатываемого ПНО.

Ключевые слова: пилотажно-навигационное оборудование, моделирующие стендовые комплексы, многофункциональный стенд интеграции

В современных условиях активной конкуренции производителей успешное своевременное решение задачи разработки новейшего пилотажно-навигационного оборудования (ПНО) или модернизации существующего возможно при создании опережающего научно-технического задела в части инструментальной моделирующей стендовой базы, обеспечивающей процесс его отработки и интеграции.

Осуществление такой задачи возможно путем разработки и построения многофункционального исследовательского стенда интеграции ПНО, основанного на принципах комплекси-рования и полунатурного моделирования. Такой стенд является мощным инструментом для отработки ПНО на всех этапах, включая сертификацию и сопровождение летных испытаний, а также средством, позволяющим наглядно демонстрировать достижения и перспективные разработки предприятия в области авионики.

Существующие в настоящее время в ОАО «МИЭА» - головном предприятии компании «Авиаприбор-Холдинг» - моделирующие стендовые комплексы (МСК) насчитывают десятилетия своего развития и успешного использования для автономной отработки систем автоматического управления (САУ) на пилотажных стендах и вычислительных систем самолетовождения (ВСС) на навигационных стендах. Однако требованиям проведения исследований алгоритмического и программного обеспечения систем ПНО такие стенды не удовлетворяют. В результате решение подобных задач переносится на этапы отработки ПНО на стендах Г енеральных конструкторов самолетостроительных фирм или на летные испытания.

В соответствии с вышесказанным в ОАО «МИЭА» создан многофункциональный демонстрационно-исследовательский стенд интеграции и отработки пилотажно-навигационного оборудования, структура которого представлена на рис. 1.

Центральным демонстрационным звеном стенда является действующий функциональный макет двухместной кабины экипажа неманевренного самолета, установленный на подиуме (рис. 2). Функциональный макет кабины включает элементы поста управления левого пилота (штурвал, педали, РУД’ы) и точную копию приборной доски самолета, для которого производится отработка ПНО. В соответствии с компоновкой кабины на приборную доску смонтированы пульты управления и системы индикации ПНО разработки предприятий «Авиаприбор-холдинг» (рис. 3).

ПРОЕКЦИОННАЯ СИСТЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ

ВИЗУАЛИЗАЦИИ ОБОРУДОВАНИЕ

ПОДИУМ

С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ

МАКЕТОМ КАБИНЫ

ЭЛЕМЕНТЫ ПОСТА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

УПРАВЛЕНИЯ КАБИНЫ СТЕНДА

БОРТОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ЕГО ИМИТАТОРЫ

Рис. 1. Общая структура многофункционального стенда интеграции ПНО

Рис. 2. Подиум стенда интеграции с функциональным макетом кабины

Рис. 3. Макет приборной доски с реальными индикаторами и пультами управления ПНО

Рис. 4. Цилиндрический экран системы визуализации стенда интеграции

Демонстрационные и исследовательские свойства стенда существенно усилены проекционной системой визуализации с цветным изображением внекабинного пространства на цилиндрическом экране (рис. 4).

Многорежимность и многофункциональность стенда определяется составом и свойствами вычислительной системы стенда и реализованного в ней программного обеспечения (ПО), а также свойствами специального технологического оборудования.

Бортовые цифровые вычислители, специальное технологическое оборудование стенда и его вычислительная система, реализованная на персональных и промышленных компьютерах, смонтирована на стандартных промышленных стойках (рис. 2).

Функциональные задачи и возможности стенда интеграции

Основной концепцией построения стенда является его многофункциональность. Реализованы две основные конфигурации стенда: конфигурация полунатурного моделирования и конфигурация комплексирования.

Конфигурация полунатурного моделирования предназначена для осуществления в динамическом режиме виртуального полета:

• отладки алгоритмического и программного обеспечения вновь разрабатываемого или модернизируемого ПНО;

• проведения сертификационных испытаний ПНО, в том числе на отказобезопасность, включая изменения параметров электропитания;

• сопровождения летных испытаний и дальнейшей эксплуатации ПНО;

• проведение исследований интерфейса между воздушным судном с установленным на нем ПНО и экипажем, с возможным привлечением летного состава;

• демонстрации работы пилотажно-навигационного оборудования.

Данная конфигурация предопределяет наличие Вычислительной системы стенда интеграции, ПО которой позволяет моделировать полет воздушного судна на всех этапах: на взлете, наборе высоты, полете по схеме вылета, выхода на маршрут, полете по воздушным трассам и вне их, выхода в зону аэродрома прибытия, движения по схеме прибытия, заходе на посадку и посадки по категории III B.

Традиционно в режимах полунатурного моделирования в замкнутом контуре управления участвуют бортовые вычислители управляющих и индикационных систем ПНО. Датчики информационных систем присутствуют в виде их программно-математических моделей.

Конфигурация комплексирования предназначена для осуществления в статическом режиме проверки электрических и информационных связей всех блоков и систем бортового оборудования, а также отработки отдельных систем и ПНО в целом на соответствие техническим условиям.

В принципе разделение задач, решаемых на стенде интеграции на различных этапах жизненного цикла ПНО, между конфигурациями комплексирования и полунатурного моделирования является условным, поскольку они тесно переплетаются. Именно возможность их решения на одном стенде и делает его многофункциональным и многорежимным.

Структурно-функциональная схема стенда интеграции в конфигурациях полунатурного моделирования и комплексирования представлена на рис. 5. На структуре представлены конфигурации полунатурного моделирования (в левой части рисунка, темные блоки со светлыми надписями) и комплексирования (в правой части рисунка, блоки реальной бортовой аппаратуры нарисованы светлыми прямоугольниками с черными надписями) для типового состава пилотажно-навигационного оборудования транспортно-пассажирского самолета.

Система визуализации

Кинематические вычисления скоростей и географических координат ц. м. самолета

Полная пространственная модель динамики движения самолета

Модель АСШУ

и

Элементы

поста

управления

Радио

оборудо-

вание

САУ ВСС КСЭИС СРПБЗ БСТО

Рис. 5. Структурно-функциональная схема стенда интеграции в конфигурациях полунатурного

моделирования и комплексирования

В него входят: вычислительная система самолетовождения ВСС; система автоматического управления САУ; комплексная система электронной индикации и сигнализации КСЭИС; бортовая система технического обслуживания БСТО; система управления общесамолетным оборудованием СУОСО; система предупреждения столкновений СПС; система раннего предупреждения близости земли СРПБЗ; метонавигационная радиолокационная станция МНРЛС. В комплекс информационно-измерительных систем ПНО входят: бесплатформенная инерциаль-ная система БИНС; система воздушных сигналов СВС; спутниковая навигационная система СНС; радиосистемы ближней навигации VOR, DME; курсоглиссадная система посадки ILS; радиовысотомер РВ; системы измерения параметров силовой установки; топливо - измерительные системы ТИС. Многие измерительные системы имеют двух- или трехкратное резервирование.

Системы САУ, ВС, КСЭИС, СРПБЗ, БСТО участвуют в отладке и исследованиях на всех этапах: как полунатурного моделирования, так и комплексирования.

Вычислительная система стенда интеграции

Вычислительная система стенда представляет собой программно-аппаратный комплекс, состоящий из персональных компьютеров, промышленного компьютера и устройств сопряжения. Устройства сопряжения включают контроллеры канала биполярного кода, платы цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) и аналого-цифровых преобразователей (АЦП), платы приема и передачи разовых команд. Контроллеры канала биполярного кода осуществляют прямое и обратное преобразование интерфейса компьютера в сигналы по ARINC-429 для передачи имитируемых параметров информационно-измерительных систем в бортовую аппаратуру и передачи выходных управляющих сигналов из бортовой аппаратуры в моделирующие программы.

Программно-математическое обеспечение (ПМО) стенда интеграции предназначено для обеспечения условий виртуально полета на всех этапах полета. Поскольку такой стенд предназначен для совместной отработки пилотажных и навигационных систем, особенно в части их взаимодействия, ПМО включает в себя как полную пространственную модель динамики движения самолета в воздухе и на земле, так и традиционные для навигационных задач кинематические уравнения, позволяющие с высокой точностью моделировать длительные полеты во всех регионах земного шара при различных метеоусловиях. Данные информационных систем в виртуальных полетах формируются с учетом их динамических характеристик, ошибок измерений и многоканальности. Обеспечивается имитация расхождения данных многоканальных систем и возможность программно-математического введения отказов для испытаний на отказобезопасность.

Технологическое оборудование стенда интеграции

Технологическое оборудование стенда интеграции обеспечивает питание бортовой аппаратуры спецтоками и соединение бортовой аппаратуры и ее имитаторов спецжгутами через коммутационную панель. Такое соединение воспроизводит необходимую часть самолетного фидера, обеспечивая электрические и информационные связи отлаживаемой аппаратуры, позволяя при этом имитировать отказы типа «обрыв связи» специальными переключателями коммутируемых сигналов. Применение соответствующим образом сконструированного пульта питания позволяет исследовать работу комплекса при изменении параметров электропитания и дает возможность вводить поканальное отключение бортовых систем и блоков.

Рассмотренная структура построения технологического оборудования и вычислительной системы стенда интеграции позволяет адаптировать его в процедурный или специализированный тренажер для сопровождения летной эксплуатации ПНО.

ЛИТЕРАТУРА

1. Борисов В.Г., Кербер О.Б., Начинкина Г.Н. и др. Разработка многофункционального компьютерного стенда для исследования, проектирования и испытаний систем автоматического управления полетом // Авиакосмическое приборостроение. - 2002. - № 5. - М.: Научтехлитиздат. - С. 46-55.

2. Невская И.Р. Алгоритмическое обеспечение имитатора траекторного движения самолета в электронном средстве обучения вычислительной системы самолетовождения // Научный Вестник МГТУ ГА серия Авионика и электротехника, № 71, 2003. - С. 90-96.

3. Невская И.Р. Аспекты разработки электронного средства обучения вычислительной системы самолетовождения // Сборник трудов Международного симпозиума «Аэрокосмические приборные технологии». - С-П.: ГУАП, 2004. - С. 56-59.

TASKS AND THE STRUCTURE OF THE MULTIPURPOSE STAND OF INTEGRATION OF THE FLIGHT AND NAVIGATION EQUIPMENT

Kuznetsov A.G., Nevskaya I.R., Kasyanov I.Y.

The paper presents construction principles, structure, and functionalities, as well as peculiarities of special-purpose technological equipment and computer system of the integrated bench designed for integration of medium-haul aircraft flight-and-navigation equipment at the phases of half-scale simulation and integration.

Computer system software of the bench allows to simulate all flight phases including automatic take-off and automatic ICAO Cat.III landing, flight management modes with solving the tasks of 4D navigation in departure and arrival procedures, in route flights along the air tracks and out of them, in all latitudes, and in all weather conditions.

The principle of bench construction allows adapting it into the procedural or special-purpose trainer to support flight operation of the flight-and-navigation system being developed.

Сведения об авторах

Кузнецов Алексей Григорьевич, 1955 г.р., окончил МАИ им. С. Орджоникидзе (1978), кандидат технических наук, генеральный директор ОАО «Московский институт электромеханики и автоматики», автор 15 научных работ, область научных интересов - безопасность полетов, авионика, системы автоматического управления полетом.

Невская Ирина Романовна, окончила МИЭМ (1969), кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ОАО «Московский институт электромеханики и автоматики», автор 19 научных работ, область научных интересов - пилотажно-навигационное оборудование, стендовые комплексы полуна-турного моделирования ПНО.

Касьянов Иван Юрьевич, 1959 г.р., окончил ВЗЭИС (1983), заместитель главного конструктора ОАО «Московский институт электромеханики и автоматики», автор 4 научных работ, область научных интересов - системы автоматического управления полетом самолетов.