БОРТОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПОЛЕТА ВОЗДУШНОГО СУДНА

Полезная модель относится к авиации, а именно к техническим средствам обеспечения безопасности полетов летательных аппаратов, и может быть использована для оперативной регистрации и контроля технического состояния и функционирования воздушного судна, анализа и устранения нештатных ситуаций, возникающих на его борту.
Важность создания подобной системы приобрела особое значение после террористических событий, произошедших в Соединенных Штатах 11 сентября 2001 года, когда внешний контроль за ситуацией на борту судна был утрачен, и самолеты были потеряны до момента столкновения с башнями-близнецами, Пентагоном и полем в Пенсильвании.
В этой связи разработан ряд систем безопасности, прогнозирующих возможность возникновения внештатной ситуации на борту судна, связанной с состоянием пилота, техническим состоянием судна и другими подобными причинами.
В частности, предложена система обеспечения безопасности полетов (RU 2214934, 27.12.2001), содержащая систему управления, черный ящик, приемо-передающее устройство и антенну. Такое устройство позволяет брать управление самолетом, захваченного террористами, внешними системами.
Недостатком устройства является отсутствие возможности оперативного отслеживания наземными службами нештатных ситуаций, возникающих на борту судна, особенно при взлете и посадке, а также принятия решения для предотвращения возникновения аварийной ситуации.
Большинство предлагаемых систем контроля безопасности полета, включают различные сочетания устройств, расположенных на земле и бортовых систем летательного аппарата с использованием компьютерных систем (RU 2542746, 27.02.2015; RU 121489, 27.10.2012; RU 2262803, 20.10.2005; RU 2243587 27.10.2003; RU 210983 14.01.2020).
Так, предлагается (RU 121489, 27.10.2012) система обеспечения безопасности полетов, содержащая наземный комплекс аппаратуры, включающий блок отображения и связи, приемо-передатчик, подключенный к антенне, блок обработки и регистрации телеметрической информации, связанный с приемо-передатчиком, блок отслеживания нештатных ситуаций при взлете и посадке летательного аппарата, блок задания и корректировки программы полета, радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов включает бортовую антенну, связанную с бортовым приемопередатчиком, подключенным к бортовому блоку обработки информации, соединенному с блоком связи с экипажем, датчики параметров полета и состояния бортовых устройств и механизмов, подключенные к информационным входам черного ящика.
Известна система безопасности воздушного судна (US 7183946, 27.02.2007), которая предназначена для повышения безопасности полетов воздушных судов от терроризма и человеческой ошибки, а также для контроля отклонения параметров полета воздушного судна от заданных значений. Система безопасности воздушного судна состоит из противоаварийной системы, системы автоматического управления и пилотирования, системы устройств мониторинга, компьютера авиационного оборудования органов безопасности, вторичной системы управления воздушным судном.
Особенностью системы является отстранение от управления воздушным судном пилота при захвате судна террористами или пилотом-самоубийцей. Взаимодействие служб безопасности воздушного движения и органов власти с воздушным судном осуществляется через вторичную систему управления судном и компьютером авиационного оборудования органов безопасности.
Известны система и способ обеспечения безопасности полета и/или управления полетами летательных аппаратов (RU 2471245, 27.12.2012 г.), предназначенная для обеспечения безопасности воздушного движения летательных аппаратов с использованием системы спутниковой навигации и вещательных сигналов с зоной покрытия по всему миру. Сигналы принимают спутниковые приемные станции, которые затем передают информацию в центр безопасности полетам или другим организациям. Благодаря применению спутниковой трансляции данных с летательного аппарата на землю обеспечивается постоянный контроль значений параметров его движения в центре безопасности полетами в различных географических широтах Земли. Использованный подход позволяет выполнять постоянный контроль за движением летательных аппаратов в воздушном пространстве и обеспечивать их безопасность полетов.
Недостатком системы является отсутствие непосредственного контроля полета летательного аппарата для противодействия угрозы авиационного происшествия.
Однако эти системы не позволяют осуществлять прогнозирование и оценку угрозы авиационного происшествия на основе анализа условий полета воздушного судна под воздействием внешних и внутренних воздействующих факторов, в частности, в них отсутствуют устройства сбора и анализа переменных параметров, влияющих на безопасность полета аппарата.
Ключевым элементом предлагаемых систем безопасности является используемая в них бортовая система безопасности полетов.
Известно бортовое устройство контроля и управления функциональным и физиологическим состоянием летчика в полете, содержащее блоки функциональных измерителей и измерения биомедицинских параметров, соединенных через блок приема и сбора информации с блоками анализа и управления, к которым подключен выходной блок (RU 2170953, 20.07.2001).
Недостатком этого устройства является учет недостаточного количества параметров бортовых систем воздушного судна, обеспечивающих безопасность летательного аппарата, что может привести к его гибели, а также людей, находящихся на его борту.
Наиболее близкой к предполагаемому изобретению является автоматизированная высокоинтеллектуальная система обеспечения безопасности полетов летательного аппарата (RU 2339547, 27.11.2008), предназначенная для интеллектуальной поддержки экипажа по предотвращению катастрофической ситуации. Она содержит систему управления судна, соединенную с датчиками состояния бортовых систем, блок прогноза движения судна за определенное время, связанный с ним блок определения катастрофических ситуаций, вычислитель параметров движения судна, блок сравнения, экспертные системы, базу знаний по признакам режима полета, блок возврата в исходный режим полета. В процессе работы системы определяется оценка угрозы катастрофической ситуации по текущим и прогнозируемым характеристикам полета летательного аппарата с отключением пилота от управления или формируются рекомендации экипажу по предотвращению угрозы авиационного происшествия. Блок определения катастрофической ситуации, блок прогнозирования движения летательного аппарата, вычислитель параметров движения в совокупности с экспертными системами позволяют оценить и прогнозировать угрозу катастрофической ситуации, связанной с состоянием и режимом полета судна.
Однако эта система не учитывает влияние на управление воздушным судном психофизического состояния экипажа, а также непосредственное состояние бортового оборудования, что может привести к недостоверности оценки угрозы авиационного происшествия предшествующей катастрофической ситуации и последующему ее парированию
Технической задачей настоящего решения являлось создание бортовой системы безопасности полета воздушного судна, которая позволяет осуществить автоматическое и полуавтоматическое парирование угрозы авиационного происшествия (аварийной и катастрофической ситуации) с учетом текущих и прогнозируемых значений психофизического состояния экипажа, состояния воздушного судна (бортового оборудования, программного обеспечения системы управления, конструкции воздушного судна) и внешних воздействующих факторов.
Технический результат достигается включением в систему, содержащую: устройство принятия решений, связанное с датчиками состояния бортовых систем и базой знаний, блок состояния и прогноза движения судна за определенное время, связанный с ним блок сравнения, экспертные системы, блок определения катастрофических ситуаций, устройство поддержки принятия решений, содержащее блок принятия решений, блок прогнозирования условий полета воздушного судна и соединенное с ним устройство передачи данных, при этом в систему управления безопасностью полета воздушного судна дополнительно введено устройство предварительной обработки информации психофизического состояния экипажа, технического состояния воздушного судна и внешних воздействующих факторов, соединенное с блоком поддержки принятия решений и блоком прогнозирования условий полета воздушного судна. При этом блок поддержки принятия решений оптимально выполнять в виде экспертной системы парирования угрозы авиационного происшествия, а устройство предварительной обработки информации содержит процессор нечеткой логики.
Устройство поддержки принятия решений формирует сигналы парирования угрозы авиационного происшествия по данным, полученным от устройства предварительной обработки информации. Парирование угрозы авиационного происшествия осуществляется сигналами, формируемыми устройством поддержки принятия решений, которые передаются на бортовые приборы индикации и оповещения экипажа, а также в системы управления воздушным судном через устройство передачи данных.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами: на Фиг. 1 - представлена структурная схема системы управления безопасностью полета воздушного судна, на Фиг. 2 - представлена структурная схема устройства поддержки принятия решений.
При этом используются следующие обозначения:
1 - устройство предварительной обработки информации.
2 - устройство принятия решений;
3 - устройство передачи данных;
4 - датчики психологического состояния экипажа
5 - датчики состояния бортовых систем;
6 - датчики внешних факторов;
7 - база знаний;
8 - блок сравнения;
9 - блок прогнозирования условий полета;
10 - блок определения катастрофических ситуаций;
11 - блок принятия решений;
12 - приборы индикации и оповещения экипажа;
13 - системы управления воздушного судна;
14 - наземная служба контроля движения.
Основными элементами системы управления безопасностью полета воздушного судна являются:
- устройство предварительной обработки информации 1,
- устройство поддержки принятия решений 2,
- устройство передачи данных 3.
Устройство предварительной обработки информации 1 предназначено для сбора полетной информации от бортовых систем воздушного судна и оценки условий полета воздушного судна по психофизическому состоянию экипажа, техническому состоянию воздушного судна, а также внешним воздействующим факторам. Устройство предварительной обработки информации 1 связано каналами связи с датчиками психологического состояния экипажа 4, состояния бортовых систем 5 и внешних факторов 6 и электрически соединено с устройством поддержки принятия решений 2. Устройство поддержки принятия решений 2 содержит: базу знаний 7, блок сравнения 8, блок прогнозирования условий полета 9, блок определения катастрофических ситуаций 10 и блок поддержки принятия решений 11.
База знаний 7 представляет набор правил парирования угрозы авиационного происшествия, записанных на твердотельный накопитель, которые сопоставляются с данными реальной ситуации в блоке сравнения 8 и электрически передаются на входы блока определения катастрофических ситуаций 10 и блока поддержки принятия решений 11.
Блок определения катастрофических ситуаций 9 содержит базу ситуаций, которые могут привести к возникновению внештатной ситуации на борту, сопоставляют ее данные с информацией блока прогнозирования условий полета 9 и передает результаты сопоставления в блок принятия решений 11.
Блок поддержки принятия решений 11 является экспертной системой и предназначен для формирования сигнала парирования угрозы авиационного происшествия по сигналам, полученным от устройства предварительной обработки информации 1 и блока прогнозирования условий полета 9.
Блок прогнозирования условий полета 9 электрическим входом соединен с устройством предварительной обработки информации 1 и формирует сигналы, характеризующие прогнозируемое изменение условий полета воздушного судна по психофизическому состоянию экипажа, техническому состоянию воздушного судна, внешним воздействующим факторам.
Устройство передачи данных 3 выполняет функции нормировки и выдачи данных, полученных от устройства поддержки принятия решений 2 в бортовые приборы индикации и оповещения экипажа 12, а также бортовые 13 и наземные 14 системы управления воздушным судном.
Система управления безопасностью полета воздушного судна работает следующим образом.
Сигналы с датчиков и бортового оборудования воздушного судна, характеризующие психофизическое состояние экипажа 4, техническое состояние воздушного судна 5 и датчики внешних воздействующих факторов 6, поступают на вход устройства предварительной обработки информации 1, которое нормирует значения входных сигналов и вычисляет значения условий полета воздушного судна по правилам нечеткой логики. Далее сигналы с устройства предварительной обработки информации 1 поступают в блок поддержки принятия решений 11 и через блок сравнения 8 в блок прогнозирования условий полета 9.
начпрог
начпрог
конец прог
В блоке прогнозирования условий полета 9 производится определение изменения контролируемых сигналов за период времени [0:t], построение зависимостей их изменения на участке времени прогнозирования [t: t], оценка критических значений контролируемых сигналов на участке времени прогнозирования с определением времени их наступления.
Сигналы прогнозирования от датчиков 4, характеризующие психофизическое состояние экипажа, формируются на основе исследований психофизического состояния экипажа до вылета и контроля изменений в процессе полета с использованием регистрирующей аппаратуры и с учетом зависимости изменения реакции пилота при постоянной монотонной нагрузке. Сигналы прогнозирования изменения технического состояния воздушного судна от датчиков 5 формируются на основе: анализа воздушного судна, описывающего изменение условий полета судна при отказах элементов его бортового оборудования; регистрации изменения характеристик воздушного судна и его силовых элементов в процессе полета; регистрации изменения управляемости и устойчивости воздушного судна при отказах его бортового оборудования.
Сигналы прогнозирования изменения внешних воздействующих факторов, формируются на основе полученных от датчиков 6 на базе анализа изменений контролируемых переменных погодных условий за время полета и синоптического прогноза из центра управления полетами.
Прогнозирование изменения устойчивости силовых элементов воздушного судна и погодных условий полета выполняется по оценке их прошлых и текущих значений.
начпрог
конец прог
Затем совокупность сигналов прогнозирования контролируемых переменных полета воздушного судна обрабатывается с использованием модели прогнозирования условий полета с применением набора правил нечеткой логики и последующим определением наличия и времени наступления критической ситуации полета воздушного судна (аварийной или катастрофической) за период времени [t: t] в блока определения катастрофических ситуаций 10. Вычисленные значения сигналов наличия угрозы авиационного происшествия и ее времени наступления поступают на вход блока поддержки принятия решений 11.
Входные сигналы блока поддержки принятия решений 11 подвергаются следующей обработке:
- устанавливается наличие/отсутствие угрозы авиационного происшествия;
- если угроза авиационного происшествия присутствует, то выполняется процедура задания значений координатам, которые влияют на авиационное происшествие на основе сравнения их величины с эталонными значениями, а также координатой условия полета воздушного судна;
- определяется метод парирования угрозы авиационного происшествия, согласно комплексу правил из базы знаний 8 для идентификации угрозы авиационного происшествия с дальнейшим выводом советов и управленческих решений блока поддержки принятия решений 11;
- осуществляется передача информации по способу парирования угрозы авиационного происшествия в виде управленческого сигнала, передаваемого в устройство передачи данных 3.
При отсутствии текущей угрозы авиационного происшествия выполняется анализ входных данных, полученных от блока прогнозирования условий полета 9, характеризующих текущие условия полета воздушного судна;
- при наличии угрозы авиационного происшествия определяется метод парирования угрозы авиационного происшествия согласно комплексу правил из базы знаний 8 для идентификации угрозы авиационного происшествия с дальнейшим выводом советов и управленческих решений блока поддержки принятия решений 11, формируется и выдается в устройство передачи данных 3 управленческий сигнал парирования угрозы авиационного происшествия.
В устройстве передачи данных 3 выполняется нормировка и преобразование управленческого сигнала парирования угрозы авиационного происшествия с последующей выдачей в бортовые приборы индикации и оповещения экипажа 12, а также бортовые 13 и наземные 14 системы управления воздушным судном.
Благодаря использованию в системе управления безопасностью полетом воздушного судна устройства предварительной обработки информации 1, устройства поддержки принятия решений 2 с блоком прогнозирования условий полета 9 осуществляется автоматическое и полуавтоматическое парирование угрозы авиационного происшествия при аварийных и катастрофических условиях полета воздушного судна с учетом текущих и прогнозируемых значений психофизического состояния экипажа, состояния воздушного судна и внешних воздействующих факторов.