СИСТЕМА АВИОНИКИ С ТРЕМЯ ЭКРАНАМИ ОТОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
AVIONICS SYSTEM WITH THREE DISPLAY SCREENS FOR AIRCRAFT

Изобретение относится к приборным панелям летательных аппаратов. Современные приборные панели в основном включают в себя экраны отображения для снабжения пилотов информацией, необходимой для управления полетом, навигации и, в более общем случае, для выполнения текущей задачи. Экипаж может взаимодействовать с экранами посредством интерфейсов человек-машина для выбора, отслеживания или изменения отображаемых данных и параметров.
Пассажирские самолеты, используемые на линиях малой и средней протяженности, именуемые самолетами “с одним проходом между креслами”, имеют сравнительно небольшие кабины пилотов, где успешная интеграция компонентов, необходимых для управления полетом, навигации, мониторинга и связи играет важную роль для безопасности полета и оптимизации объема работы экипажа.
В настоящее время технология позволяет создавать большие экраны отображения информации, обычно с диагональю, большей или равной 15 дюймам, с прекрасным разрешением. Например, можно использовать большие экраны с применением технологии “ЖКД” (“жидкокристаллический дисплей”). Применение таких больших экранов отображения информации в области авионики сталкивается с техническими проблемами установки и требует кардинального сокращения количества экранов в кабине пилотов. Сокращение количества экранов порождает проблемы работоспособности самолета в случае единичного отказа, способного приводить к потере одновременно нескольких функций, которые прежде были распределены по нескольким экранам. Для решения этой проблемы можно, конечно, сохранить минимальное количество малых экранов в кабине пилотов. В настоящее время, количество экранов составляет минимум четыре и может увеличиваться до восьми или более. Чем больше количество экранов, тем выше стоимость установки и подключения и больше масса системы.
Архитектура авионики согласно изобретению предусматривает создание приборной панели, которая включает в себя только три больших экрана отображения, в то же время, обеспечивая достаточную работоспособность системы авионики для обеспечения непрерывной работы при полной безопасности в случае единичного отказа до следующей операции технического обслуживания, которая может иметь место через несколько дней после обнаружения отказа. Целью этой архитектуры, именуемой двухканальной архитектурой, является обеспечение, при наличии только трех больших экранов, такой же эксплуатационной готовности, как у системы авионики с шестью экранами отображения.
Архитектура согласно изобретению является полностью резервированной или “полностью дублированной”. Каждый экран включает в себя два полностью независимых полуэкрана отображения информации, т.е. всего шесть полуэкранов. Единичный отказ не может вызвать полной потери большого экрана. Архитектура, таким образом, обеспечивает либо работоспособность всех шести полуэкранов, либо работоспособность пяти полуэкранов из шести в случае единичного отказа. Таким образом, гарантируется доступность первичной информации для полета после единичного отказа, при соблюдении требований к безопасности полета.
В частности, изобретение относится к системе защищенной авионики для летательного аппарата, отличающейся тем, что содержит точно три устройства отображения и, по меньшей мере, три компьютера генерации графики, подключенных к устройствам отображения;
при этом каждый компьютер генерации графики содержит:
средство генерации изображения для генерирования, по меньшей мере, двух полуизображений;
средство соединения, соединяющее упомянутый компьютер с, по меньшей мере, первым устройством отображения и со вторым устройством отображения;
при этом каждое устройство отображения содержит:
средство соединения, соединяющее упомянутое устройство отображения с, по меньшей мере, первым компьютером генерации графики и со вторым компьютером генерации графики;
два одинаковых и независимых электронных узла адресации, причем каждый узел используется для отображения полуизображения на одной половине экрана отображения устройства отображения, причем два отображаемые полуизображения поступают от одного и того же компьютера генерации графики;
электронное средство “переключения” для отображения либо двух полуизображений от первого компьютера генерации графики, либо двух полуизображений от второго компьютера генерации графики.
Преимущественно, система авионики включает в себя только три компьютера генерации графики, причем каждый компьютер графики способен генерировать четыре полуизображения.
Преимущественно, система авионики включает в себя только четыре компьютера генерации графики.
Преимущественно, два компьютера генерации графики включают в себя средство обработки видеоизображения, и каждый из упомянутых компьютеров генерации графики подключен к устройству отображения на остеклении кабины.
Преимущественно, каждое устройство отображения содержит единый жидкокристаллический экран отображения, выполненный в виде двух полуэкранов, причем каждый полуэкран адресуется независимым узлом схемы управления, независимым узлом подсветки и независимым источником электропитания.
Преимущественно, средство генерации изображения каждого компьютера генерирует либо два независимых полуизображения, либо два полуизображения, образующие одно и то же непрерывное изображение, представляющие данные, необходимые для управления полетом, навигации, мониторинга летательного аппарата или руления в аэропорту.
Преимущественно, четыре компьютера графики сгруппированы вместе попарно, с образованием двух сдвоенных компьютеров графики, каждый из которых способен генерировать четыре независимых полуизображения или четыре полуизображения, образующие два непрерывных изображения, представляющих данные, необходимые для управления полетом, навигации, мониторинга летательного аппарата или руления в аэропорту.
Для лучшего понимания изобретения и прояснения других преимуществ надлежит обратиться к нижеследующему описанию неограничительного характера и приведенному со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:
фиг. 1 - общая блок-схема системы авионики согласно изобретению, в предпочтительной архитектуре с четырьмя компьютерами графики;
фиг. 2 - общая блок-схема устройства отображения согласно изобретению;
фиг. 3 - вариант общей блок-схемы системы авионики с четырьмя компьютерами графики, содержащей два дисплея на остеклении кабины;
фиг. 4 - общая блок-схема системы авионики согласно изобретению в альтернативной архитектуре с тремя компьютерами графики;
фиг. 5 - вариант общей блок-схемы системы авионики, показанной на фиг. 4, с тремя компьютерами графики.
В порядке первого неограничительного примера, на фиг. 1 представлена общая блок-схема системы авионики согласно изобретению в предпочтительной архитектуре с четырьмя компьютерами графики. Она содержит три устройства отображения, обозначенные DU1, DU2 и DU3, и четыре компьютера генерации графики, обозначенные CGG1, CGG2, CGG3 и CGG4. Эти компьютеры подключены к устройствам отображения электронными или оптическими линиями связи, обозначенными L. Оптические линии связи можно реализовать согласно стандарту ARINC 818.
Устройства отображения установлены в ряд в кабине пилотов. Перед каждым пилотом установлен боковой экран, отображающий данные, необходимые для управления полетом и навигации. Центральный экран отображает информацию о двигателях и системах летательного аппарата. Компьютеры подключены к оставшейся части системы авионики, содержащей различные датчики летательного аппарата и сети обмена данными и связи летательного аппарата.
Компьютеры генерации графики имеют функции для вычисления, на основании данных о системах летательного аппарата, анимационной логики символов и их построения. Эти функции представляют собой получение, передачу, взаимодействие сигналов, расчет параметров и их графическое представление.
Для обеспечения этих функций, каждый компьютер CGG генерации графики в основном содержит:
- средство I/O и A/C для взаимосвязи с остальной частью системы авионики;
- средство GG генерации изображения для генерирования двух полуизображений;
- средство I/O соединения, соединяющее компьютер с первым устройством отображения и со вторым устройством отображения. Эти средства изображены квадратиками на фиг. 1 и на других чертежах.
Согласно фиг. 1, два компьютера CGG1 и CGG4 также содержат средство для обработки видеоизображений до отображения.
Средство генерации изображения каждого компьютера генерирует либо два независимых полуизображения, либо два полуизображения, образующие одно и то же непрерывное изображение. Эти изображения представляют данные, необходимые для управления полетом, навигации, мониторинга летательного аппарата или руления в аэропорту. Эти основные типы дисплеев именуются “EFIS” (“система электронных приборов контроля полета”) и “ECAM” (“централизованная электронная система мониторинга летательного аппарата”). В зависимости от отображаемых данных, дисплеи именуются:
- данные управления полетом: “PFD”, для “основного полетного дисплея ”;
- навигационные данные: “ND”, для “навигационного дисплея”;
- мониторинг двигателей и данные управления аварийной сигнализацией: “EWD”, для “дисплея предупреждения о состоянии двигателей”;
- общие данные системы летательного аппарата: “SD”, для “системного дисплея”;
- данные, относящиеся к аэропорту: “ANF”, для “функций навигации аэропорта”.
Четыре компьютера графики могут быть сгруппированы вместе попарно, с образованием сдвоенных компьютеров графики, способных генерировать четыре независимых полуизображения или четыре полуизображения, образующие два непрерывных изображения, представляющие данные, необходимые для управления полетом, навигации, мониторинга летательного аппарата или руления в аэропорту.
Каждое устройство DU отображения в основном содержит:
- средство I/O соединения, соединяющее устройство отображения с первым компьютером генерации графики и со вторым компьютером генерации графики;
- два одинаковых и независимых электронных узла адресации, причем каждый узел используется для отображения полуизображения на одной половине экрана E отображения устройства отображения, причем два отображаемые полуизображения поступают от одного и того же компьютера генерации графики;
- электронное средство A “переключения” для отображения либо двух полуизображений от первого компьютера генерации графики, либо двух полуизображений от второго компьютера генерации графики.
В частности, экран отображения может представлять собой экран, выполненный по технологии “ЖКД” (“жидкокристаллический дисплей”), включающий в себя единую матрицу дисплея, выполненную в виде двух полуэкранов с раздельным управлением, именуемым “дублирующим возбуждением”. В порядке примера, размер экрана может составлять 15 дюймов, что соответствует диагонали экрана 38 сантиметров.
На фиг. 2 показана подробная блок-схема устройства DU отображения на основе ЖКД. Оно содержит экран E. Этот экран имеет единую матрицу элементарных пикселей, выполненных с возможностью быть управляемыми двумя полностью раздельными электронными узлами управления или адресации для формирования двух полностью независимых изображений. Каждый электронный узел содержит источник Al.El электропитания, подключенный к бортовой электрической сети, обычно с напряжением 115 вольт переменного тока. Этот источник электропитания питает электронный блок El.Co управления, также именуемый “схемой возбуждения ЖКД”, блок Ecl подсветки, который может быть снабжен светодиодами, и полуэкран. На фиг. 1-5, для указания того, что экраны составлены из полуэкранов, экраны изображены черными с белой разделительной линией. В действительности, разделительная линия между двумя полуэкранами не видна пользователю. Действительно, линии питания, питающие большой экран, можно разбить на две части с точностью до пикселя.
При такой компоновке, в случае единичного отказа, т.е. в случае отказа источника электропитания, электронного блока управления, блока подсветки или полуэкрана, другой полуэкран может сохранять работоспособность. Таким образом, экипаж может пользоваться пятью полуэкранами из шести, что приемлемо согласно плану безопасности полета. В определенных условиях, самолет остается пригодным к эксплуатации в течение нескольких дней, до следующей операции технического обслуживания.
Заметим, что этот экран можно переконфигурировать таким образом, чтобы основные данные для управления самолетом оставались доступными на линии наблюдения пилота. В случае полной потери экрана, можно переконфигурировать данные на одном из двух оставшихся экранах, но управлять самолетом будет труднее, поскольку данные, необходимые для управления полетом, уже не будут располагаться на линии наблюдения пилота ввиду размера больших экранов. Пилоту понадобится ментальная адаптация, чтобы возвратиться к своей обычной системе координат.
В архитектуре с тремя экранами и четырьмя компьютерами, каждое устройство DU отображения подключено к двум компьютерам генерации графики. Каждый компьютер генерирует два полуизображения. Электронное средство A переключения, содержащее средство Sp распределения и средство Sel выбора для видеосигналов, предназначено для выбора одного из двух компьютеров и отправки изображений с этого компьютера на полуэкраны.
Каждое устройство DU отображения включает в себя два независимых средства MS мониторинга, предназначенных для выявления возможных отказов. В случае отказа выбранного компьютера, средство переключения выбирает изображения со второго компьютера для отправки их на два полуэкрана. Можно видеть, что в этом случае отказ является прозрачным для членов экипажа, которые продолжают пользоваться всеми шестью полуэкранами.
В порядке примера, на фиг. 1, 3, 4 и 5, электронные линии связи, соединяющие компьютеры графики с устройствами отображения в номинальном режиме работы, изображены толстыми линиями. На фиг. 1, 3, 4 и 5, электронные линии связи, соединяющие компьютеры графики с устройствами отображения в случае отказа, изображены тонкими линиями.
В этой архитектуре с тремя экранами и четырьмя компьютерами, в нормальном режиме работы, один из четырех компьютеров не используется. Эту дополнительную вычислительную мощность, обеспечиваемую четвертым компьютером, можно использовать для размещения дополнительных функций в кабине пилотов. Таким образом, согласно фиг. 3, можно присоединить управление двух дисплеев (HUD) на остеклении кабины, обозначенных HUD1 и HUD2 на фиг. 3. Также можно присоединить функцию навигации аэропорта (ANF). Эти изображения передаются по линиям передачи видеосигнала.
В случае отказа генерации графики, функция ANF, которая не является критической, упраздняется для переконфигурации главного дисплея, который был потерян.
Архитектура, альтернативная предыдущей и включающая в себя только три компьютера графики вместо четырех, представлена на фиг. 4; каждое устройство DU отображения подключено к двум компьютерам генерации графики.
В одном варианте этой альтернативной архитектуры с тремя экранами и тремя компьютерами графики, представленном на фиг. 5, каждое устройство DU отображения подключено к трем компьютерам генерации графики, что обеспечивает повышенную гибкость в отношении способности системы к переконфигурации.
В этих двух альтернативных архитектурах с тремя экранами и тремя компьютерами графики, каждый компьютер номинально генерирует два полуизображения или одно полное изображение. В случае отказа компьютера, один из двух оставшихся компьютеров генерирует четыре полуизображения или два полных изображения, благодаря чему отказ является прозрачным для членов экипажа, которые продолжают пользоваться всеми шестью полуэкранами.
Электронное средство A переключения предназначено для выбора одного из компьютеров и отправки изображений с этого компьютера на полуэкраны.