Оценка существующих методов отработки и проверки КБО гражданских самолетов

ОЦЕНКА СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОТРАБОТКИ И ПРОВЕРКИ КБО ГРАЖДАНСКИХ САМОЛЕТОВ

А.М. Рогачевский 1. Введение

ОКБ "Электроавтоматика" традиционно ведет работы по КБО летательных аппаратов различного назначения в самом широком смысле этого слова: разработка, испытания, поставка опытных образцов, сопровождение эксплуатации, модернизация.

Работы ведутся в соответствии с требованиями ТЗ, в которых в настоящее время значительное внимание уделяется таким вопросам, как финансово-временные затраты на различных этапах жизненного цикла КБО: стоимость и срок появления 1-ого опытного образца, затраты на этапе эксплуатации на проведение технического обслуживания и ремонтов, а также проведение модернизации КБО на протяжении более чем 30-летнего жизненного цикла самолета.

В соответствии с указанными требованиями формулируется следующий критерий разработки КБО: "Минимизация суммарной стоимости КБО, отнесенной ко всему его жизненному циклу с обеспечением возрастающих требований к его эффективности". Основные способы реализации данного критерия представлены в табл. 1.

№ Этапы жизненного цикла КБО Основные статьи финансово-временных затрат Способы минимизации финансово-временных затрат

1 Приобретение Разработка Стандартизация и унификация аппаратных и программных модулей в целях использования базовых разработок

Испытания (стендовые, наземные, летные) Оптимальные способы и соотношения объемов проверок КБО в стендовых, наземных и летных условиях

Поставка образца КБО Унификация компонентной и элементной базы аппаратуры КБО

2 Эксплуатация Техническое обслуживание и ремонт Отказоустойчивость КБО, реализуемая путем информационной и аппаратурной избыточности. Унификация компонентной и элементной базы аппаратуры КБО

Модернизация Открытая архитектура КБО, реализуемая путем избыточной вычислительной мощности и пропускной способности интерфейсов, стандартизацией и унифи-кацией аппаратных и программных модулей. Загружаемое ПО.

Таблица 1. Способы реализации критерия разработки КБО

Существует два этапа жизненного цикла КБО: приобретение (с подэтапами разработки, испытаний и изготовления опытного образца) и эксплуатация (с подэтапами технического обслуживания, ремонта и модернизации).

Финансово-временные затраты подэтапа разработки могут быть уменьшены стандартизацией и унификацией аппаратных и программных модулей в целях возможности использования базовых разработок, подэтапа испытаний - оптимизацией способов и соотношений объемов проверок в стендовых, наземных и летных условиях. Стоимость образца КБО может быть уменьшена унификацией компонентной и элементной базы аппаратуры КБО.

На подэтапе технической эксплуатации и ремонта основополагающим является свойство отказоустойчивости КБО, реализуемое путем информационной и аппаратурной избыточности, что позволяет достоверно определить свое текущее состояние и реконфигурировать, при необходимости, свою архитектуру. Важным является также унификация и быстросъемность аппаратуры КБО.

На подэтапе модернизации основополагающим является открытая архитектура КБО, реализованная путем избыточной вычислительной мощности и пропускной способности интерфейсов, реализация загружаемого программного обеспечения, а также унификацией аппаратных и программных модулей.

2. Назначение и состав КБО

В зависимости от назначения гражданских самолетов (транспортные, грузовые, конвертируемые транспортно-грузовые, исследования земной поверхности, воздействия на атмосферу, самолеты-салоны и т.д.) требования к КБО также различны. Это - либо навигационный комплекс, либо навигационный комплекс с решением дополнительных задач (индикация навигационных параметров; управление общесамолетным оборудованием, индикация и контроль параметров общесамолетного оборудования; выход в точку сброса и управление сбросом грузов; управление аппаратурой воздействия на атмосферу; управление аппаратурой исследования земной поверхности и т. д.).

Однако основное назначение КБО во всех случаях неизменно:

а) автоматизированное и ручное самолетовождение с оптимизацией режимов полета по внутренним и зарубежным трассам гражданской авиации;

б) управление радиотехническими системами (РТС) в автоматизиро-ванном и ручном режимах;

в) отображение экипажу пилотажной, навигационной и обзорной информации, а также справочной информации, информации о функциониро-вании КБО, его отказах и неисправностях, рекомендации по парированию отказов и неисправностей;

г) контроль технического состояния КБО и, при необходимости, его реконфигурация, а также регистрации, хранение и выдача результатов контроля при техническом обслуживании самолета.

В соответствии с назначением КБО может включать следующие комплексы.

а) "Ядро", состоящее из информационно-вычислительной системы (ИВС) и информационно-управляющего поля (ИУП). ИВС организована на базе высокопроизводительных вычислителей, состоящих из унифицированных конструктивных функциональных модулей (КФМ).

ИУП комплекса является одной из наиболее важных его частей, т.к. оно обеспечивает связь пилота с КБО и летательным аппаратом в целом. В состав ИУП входят индикаторы и органы управления. В качестве индикаторов могут быть использованы, например, многофункциональные цветные индикаторы (МФЦИ) с жидкокристаллической панелью, электромеханические индикаторы, индикационная панель пультов управления и индикации (ПУИ). Управляющая часть ИУП может включать клавиатуру ПУИ, кнопочное обрамление МФЦИ и т.д.

б) Навигационно-пилотажное оборудование, которое, в свою очередь, может включать инерциальную систему (ИС), курсовертикаль (КВ), систему воздушной сигналов (СВС) и т.д.

в) Радиотехническое оборудование навигации и посадки, которое, в свою очередь, может включать радиотехническую систему навигации и посадки (РСБН), спутниковую навигационную систему (СНС), доплеровский измеритель скорости и

угла сноса (ДИСС), автоматический радиокомпас (АРК), радиовысотомер (РВ), самолетный ответчик (СО) и т.д.

г) Система автоматического управления (САУ). д.) Общесамолетное оборудование (ОСО). е) Радиосвязное оборудование (РС) и т.д.

Часть указанных систем может входить в состав КБО, часть - являться самолетным оборудованием и быть взаимодействующими с КБО системами.

Вопрос выбора состава КБО определяется не только техническими причинами.

3. Поколения цифровых КБО ОКБ "Электроавтоматика"

Поколения цифровых КБО ОКБ "Электроавтоматика представлены в табл. 2.

Поколение КБО Наименование КБО Суть КБО Контроль КБО

Автономный входной контроль систем КБО Стендовый контроль КБО

Назначение Состав Разрабатываемые имитаторы с анал. и цифр. интерфейсом Серийные имитаторы с цифр. интерфейсом Имитатор ы с цифр. и анал. интерфейс ом на базе ПК

I ОЛЬХА НК Полный КПА систем + + —

ПИЖМА НК

ТОПОЛЬ НК + спец.

II МАЛЬВА МАК ИРИС ЦИКЛОН ЧЕРНИКА ЧЕРЕШНЯ НК+ спец.

III ЖАСМИН НК

ВСС-85

IV ССИ-80 НК + СЕИ + СУОС О Ядро ВСК систем + — +

КВСС-74 НК + СЕИ —

КВСС-334 НК + СЕИ

Таблица 2. Обзор методов входного контроля и стендовой отработки КБО

К первому поколению могут быть отнесены КБО, появившиеся в начале 70-х годов и установленные на самолетах Як-42, Ил-86 и Ан-72. Они базировались на 16-разрядном бортовом вычислителе типа БЦВМ20, имеющем быстродействие порядка 200 000 оп/с на операциях типа сложение, емкость ОЗУ - 2 Кб, ПЗУ- 64 Кб.

Ко второму поколению относятся КБО для самолетов Ан-74 и его модификаций, ТУ-134СХ, Ил-24Н и т.д., ядром которых является доработанный 32-разрядный бортовой вычислитель БЦВМ20.

КБО третьего поколения базировались на БЦВМ80 производительностью 800 тыс. оп/с на операциях типа Я - Я, с емкостью ОЗУ - 32 Кб, ПЗУ - 256 Кб и установлены на самолетах ТУ-154М, ТУ-204, Ил-96.

К четвертому поколению относятся КБО для самолетов С-80, Ан-74ТК-300, ТУ-334, находящихся в настоящее время на этапе летных испытаний. Ядро КБО включает ИВС (бортовой 32-разрядный вычислитель БЦВМ90 с производительностью 25 млн. оп/с на операциях типа Я - Я, емкость ОЗУ - 1 МБ, ПЗУ -4 МБ и развитый интерфейс) и ИУП (пульт ПУИ с экраном 3"х4" и клавиатурой, а также индикаторы МФЦИ с размером экрана 6"х8" с кнопочным обрамлением). Для самолета ТУ-334 ядром КБО является пульт-вычислитель (ПВ), объединяющий функции высокопроизводительного вычислителя и пульта управления.

4. Входной контроль систем КБО

Отработка КБО на базе предприятия-разработчика представлена в табл. 2 и проводится в два этапа: входной контроль составных частей КБО и комплексная отработка КБО на стенде.

Входной контроль составных частей КБО первого, второго и третьего поколения проводился с помощью контрольно-проверочной аппаратуры (КПА). КПА разрабатывалась, изготавливалась и поставлялась совместно с поставкой входящих в КБО систем для их автономной проверки.

Для КБО четвертого поколения КПА, в основном, отсутствует, поскольку развитая система встроенных средств контроля (ВСК), обеспечивающая полноту контроля не менее 0,95, позволяет отказаться от специальной КПА при проведении входного контроля систем и далее на этапе эксплуатации.

Требование проведения подготовки к полетам и всех видов обслуживания КБО в процессе эксплуатации без применения КПА присутствует в ТЗ на КБО четвертого поколения.

5. Стендовая отработка КБО

Стенд для отработки КБО включает в свой состав жгутовую самолетную схему (фидер), технологические рамы для установки входящих в КБО систем, набор имитаторов взаимодействующих с КБО систем и дополнительное оборудование (стойки, приборная доска, система электропитания, система обдува и т.д.).

КБО первого, второго и, частично, третьего поколений включало в свой состав не только "ядро", но и широкий набор систем, в связи с чем стенды их отработки требуют установки всего набора входящих в КБО систем, используя имитаторы (как правило, электромеханические аналоговые и громоздкие цифровые) только взаимодействующего с КБО оборудования.

В качестве примера серийно изготавливаемого имитатора с цифровым интерфейсом, используемого при отработке КБО, может быть приведен задатчик кодовой информации (ЗКИ). ЗКИ обеспечивает задание и выдачу в КБО информационных слов 32-разрядным би-полярным последовательным кодом в соответствии с ГОСТ 18977-79 и РТМ 1495-75 (обеспечивается от 1 до 8 слов в цикле с выдачей в асинхронном режиме), а также индикацию выбранного слова в 32-разрядном двоичном коде. Выдача последовательного кода осуществляется с частотой 50 Кбит/с. Электропитание ЗКИ ~ 200 В, 400 Гц, масса -15 кг.

Данный подход оказался неудовлетворительным, поскольку требовал существенных финансовых и временных средств на доставку входящих в КБО систем, их распаковку, входной контроль, отработку, упаковку и т.д., Поэтому впоследствии, в связи также с рядом причин (развитие средств вычислительной техники, ограничения экономического и временного характера и т.д.) подход к определению состава и отработке КБО был изменен. В состав КБО стали включать только "ядро", состоящее из

ИВС и ИУП. В качестве имитаторов взаимодействующего с КБО оборудования начали использовать персональные компьютеры с установленными модулями сопряжения (шина-внешняя среда) и программами, реализующими статические модели взаимодействующих систем.

Так, например, используются модули сопряжения:

• МД01-24 (с 2-мя выходными и 6-ю входными каналами 32-разрядного биполярного последовательного кода, а также с 4-мя входными и 4-мя выходными разовыми командами обрыв/корпус);

• МД03 (с 6-ью выходными каналами 32-разрядного биполярного последовательного кода),

реализующие цифровой интерфейс в соответствии с ГОСТ 18977-79. В связи с небольшим количество свободных слотов в ПК начали использоваться специальные контейнеры, представляющие собой промышленные ПК, допускающие установку до 20 модулей сопряжения. Подобное использование позволяет минимизировать весо-габаритные и стоимостные характеристики имитаторов взаимодействующего с КБО оборудования, отсутствует также необходимость реализации локальной сети для централизованного управления системой моделей. Так, например, используются модули сопряжения:

• РСЬ-726 (с 6 выходными каналами постоянного или переменного тока, 16 выходными и 16 входными каналами ТТЬ уровня);

• РСЬ-727 ( с 12 выходными каналами постоянного тока, 16 выходными и 16 входными каналами ТТЬ уровня);

и прочие, реализующие цифровой интерфейс в соответствии с ГОСТ 18977-79, а также различные аналоговыми интерфейсами.

6. Заключение

1 Анализируя рассмотренные выше способы отработки и проверки КБО гражданских самолетов на базе предприятий-разработчиков, можно предложить следующую технологию проведения данной работы.

a) На этапе написания ТЗ на взаимодействующее с КБО оборудование представлять требование его проверки с помощью средств ВСК;

b) Входной контроль взаимодействующих систем проводить с использованием ВСК;

c) При отработке КБО на стенде использовать в качестве имитаторов взаимодействующих систем промышленный ПК с определенными типами и количеством модулей сопряжения, позволяющими реализовать необходимые аналоговые и цифровые интерфейсы. Возможно также использование стандартных ПК с модулями сопряжения, объединенных в локальную вычислительную сеть.

ё) В качестве моделей взаимодействующих систем использовать математические статические модели, реализующие несколько вариантов наборов входных-выходных параметров каждой системы.

2 Для повышения качества отработки считать перспективным развитие описанной выше технологии отработки КБО, заключающееся в реализации математических динамических моделей взаимодействующих систем, самолета, внешней среды.