Анализ работы интегрированного комплекса авионики



Комплекс бортового оборудования — совокупность функционально-связанных систем, приборов, датчиков, вычислительных устройств. Примеры комплексов: пилотажно-навигационный, обзорно-прицельный, разведки.

Все радиоэлектронное оборудование ЛА, независимо от принадлежности к той или иной из перечисленных групп, часто называют авионикой. Бортовые информационные системы также относятся к этой группе оборудования.

Состав авионики различен для разных классов ЛА. Рассмотрим его на примере пассажирских магистральных самолетов, таких, как Airbus A-320, Boeing 757, где авионика представлена наиболее широко. Ее можно разделить на следующие группы:

‒ системы первичной информации,

‒ радионавигационные системы,

‒ радиосвязные системы,

‒ системы автоматического пилотирования,

‒ бортовые информационные системы,

‒ прочие пилотажно-навигационные системы.

Задачей систем первичной информации является измерение различных сигналов и параметров, характеризующих полет и состояние самолета. Каждая из таких систем специализируется на измерении сигналов определенной физической формы и определенного назначения. В состав системы входит от 1 до 3 одинаковых вычислителей, каждый из которых способен решать все задачи. За счет такого резервирования обеспечивается высокая надежность.

Радионавигационные системы определяют местоположение ЛА, используя для этой цели радиотехнические средства. Эти системы могут быть автономными, работающими на радиолокационном принципе, и неавтономными, использующими сигналы от радиомаяков. Радиосвязные системы предназначены для:

‒ двустороннего обмена информацией между экипажем ЛА и наземными радиостанциями;

‒ двустороннего обмена информацией между экипажем ЛА и другими ЛА;

‒ для внутренней связи между членами экипажа;

‒ для связи между экипажем и пассажирами.

Системы автоматического пилотирования управляют полетом самолета. Это 4 самостоятельных системы:

‒ автоматическая система повышения устойчивости и управляемости;

‒ вычислительная система управления полетом;

‒ вычислительная система самолетовождения;

‒ вычислительная система управления тягой.

Бортовые информационные системы предоставляют экипажу самолета всю необходимую информацию — в визуальной, звуковой и тактильной форме. На пассажирском ЛА могут устанавливаться следующие БИС.

Система электронной индикации (СЭИ) предназначена для индикации пилотажной и навигационной информации. В состав системы входят индикаторы, от 1 до 3 вычислителей, которые часто называют генераторами символов, и пульты управления. Индикатор имеет экран, на котором индицируется информация, ранее представлявшаяся на шкалах отдельных приборов. Генератор символов управляет построением изображения на индикаторе. Он принимает и обрабатывает пилотажную и навигационную информацию от различных систем ЛА — систем первичной информации (СВС, ИНС), радионавигационных систем (РВ, ILS, MLS, DME, VOR, АРК), систем автоматического пилотирования (ВСС, ВСУП, ВСУТ, АСУУ), от системы сигнализации и т. д. Пульт управления служит для связи пилота с системой, он обеспечивает выбор форматов изображения и регулирование яркости индикаторов.

Типовая структура СЭИ для ЛА с двумя пилотами изображена на рис.1. Перед каждым пилотом находятся два индикатора. На экране одного индицируется пилотажная информация, на экране другого — навигационная. Конкретный состав информации на экране может изменяться в зависимости от этапа полета и от того, что в данный момент интересует пилота. Для управления изображением на своих индикаторах у каждого пилота есть пульт управления. Каждый из двух основных генераторов символов управляет парой индикаторов, третий генератор символов — резервный, он участвует в работе системы только при отказе одного из основных.

Рис. 1. Структура системы электронной индикации: ПУ — пульт управления, ГС — генератор символов, КПИ — комплексный пилотажный индикатор, КИНО — комплексный индикатор навигационной обстановки

Основной функцией вычислительной системы внутрикабинной сигнализации является предупреждение экипажа о возникновении опасностей в полете и на борту ЛА. В частности, выдается сигнализация:

‒ о неправильной конфигурации органов управления самолета (асимметрия закрылков, посадка с убранным шасси и т. п.);

‒ о превышении максимально-допустимой скорости;

‒ о достижении минимальной скорости полета;

‒ о слишком малой высоте полета;

‒ о сдвиге ветра;

‒ о неправильной работе бортовых систем и агрегатов (пожар двигателя, отказ генератора и т. п.).

Система содержит один или два вычислителя, которые собирают информацию от различных систем/датчиков самолета и производят над этой информацией логическую обработку, выясняя, не создалась ли где-нибудь опасная ситуация. Свои сообщения система выстраивает по приоритету, привлекая внимание пилотов в первую очередь к самым опасным событиям. Эти приоритеты гибкие, они зависят от этапа полета и состояния системы, на отдельных напряженных этапах (взлет, посадка) система вообще не отвлекает пилота малозначимыми сообщениями.

Для индикации своих сообщений экипажу система содержит индикатор, способный показывать цифробуквенную информацию. Система индицирует аварийные, предупреждающие и уведомляющие сообщения, а также использует другие способы сигнализации — с помощью звуковых сигналов (звонки, гонги и т. п.), тактильных воздействий (тряска штурвала). Аварийная сигнализация выдается в ситуациях, требующих немедленного действия, а на экране имеет красный цвет. Предупреждающая сигнализация выдается в ситуациях, требующих немедленного уведомления, и на экране имеет желтый цвет. Уведомляющая сигнализация имеет цвет иной, чем аварийные и предупреждающие сигналы, обычно — зеленый.

Если на ВС установлена система электронной индикации, то система внутрикабинной сигнализации может не содержать отдельных индикаторов, сигналы из ее вычислителей поступают в генераторы символов СЭИ, которые превращают их в сообщения на экранах своих индикаторов.

Чаще функции системы внутрикабинной сигнализации выполняет более сложная система — комплексная информационная система сигнализации (КИСС). Кроме сигнализации она обеспечивает пилотов информацией о параметрах и состоянии двигателей и общесамолетных (общевертолетных) систем. Такая система имеет собственные индикаторы, обычно два, на которых постоянно индицируется сигнализация и основные параметры двигателей и на которые пилот может дополнительно вызвать информацию по интересующей его системе. В состав КИСС также входят пульты управления (1–2 по количеству пилотов) и вычислители. Могут в ее состав входить и блоки- концентраторы данных, если они не выделены в отдельную систему преобразования информации. Эти блоки собирают аналоговые и дискретные сигналы от датчиков, измеряют их и преобразуют в цифровой последовательный код, который передается своим вычислителям, а также другим заинтересованным в этой информации системам.

На новом поколении ВС системы СЭИ и КИСС объединяют в единую систему — комплексную систему электронной индикации и сигнализации (КСЭИС), которая выполняет функции обеих этих систем. Такая система обладает большей гибкостью в отношении представления информации и имеет меньшие массу, габариты за счет объединения вычислителей.

Кроме двух основных систем индикации — СЭИ и КИСС — на современных ЛА под разными названиями (электронный портфель, персональный помощник пилота) появляются электронные планшеты, которые индицируют пилоту различную справочную информацию, ранее находившуюся в кабине ЛА на бумажных носителях. Такое устройство представляет собой бортовой вариант портативного компьютера laptop. Индикатор обычно имеет вид планшета с экраном. Органы управления (кнопки, устройство управления курсором) располагаются вокруг экрана или же сам экран является сенсорным и тогда кнопки просто изображаются на поле экрана.

Если на ЛА нет системы самолетовождения, то в кабине может устанавливаться самостоятельный многофункциональный пульт управления и индикации. Он выполнен в виде единого блока, на лицевой панели которого расположены цифробуквенная клавиатура и экран. МФПУ служит для взаимодействия пилота со многими бортовыми системами. Для этого он имеет стандартный выход, по которому передает последовательным цифровым кодом команды и набранные пилотом значения (настройки радиочастот и т. п.) в другие системы.

В настоящее время, в связи с развитием элементной базы, воздушные суда оснащаются большим количеством компьютеров. Это позволяет значительно уменьшить массу и габариты систем воздушного судна, а также повысить их надежность.

Большинство самолетных компьютеров имеют систему встроенного контроля. Система встроенного контроля представляет собой совокупность программно-аппаратных средств. Она предназначена для постоянного контроля систем. При обнаружении неисправность сохраняется в памяти централизованной системы контроля параметров ВС (ЦСВК). В памяти хранятся данные о последних неисправностях каждой системы воздушного судна-всего встроенным контролем охвачено около 130 систем. В зависимости от типа системы, могут запоминаться данные от 1 до 64 последних полетов. Структурная схема такой системы показана на рис.2

Рис. 2. Структурная схема централизованной системы встроенного контроля

К основным функциям системы встроенного контроля относятся:

‒ Формирование отчетов об отказах систем воздушного судна в полете;

‒ Инициализация тестов систем и запоминание выявленных в результате тестирования неисправностей;

‒ Корреляция систем и функций- по невозможности выполнения какой-либо функции определяется неисправная система;

‒ Определение соответствия конфигурации режимов работы оборудования фазе полета;

‒ Формирование предупреждений экипажу об отказах и неисправностях, в зависимости от фазы полета;

Процедуры запоминания неисправностей отличаются в зависимости от того, находится ли ВС на земле или в полете. В полете запоминаются все неисправности, в том числе и выявленные во время работы системы. На земле запоминаются только неисправности, выявленные встроенным контролем системы во время тестирования. Таким образом, память разделена на две части- для запоминания неисправностей в полете и на земле.

Обмен данными между ЦСВК и модемом происходит в формате ARINC 429. Данные в формате ARINC 429 передаются последовательным кодом по двухпроводной линии- витой паре с заземленной оплеткой. В основу интерфейса заложен вид биполярного двухфазного сигнала (в специальной литературе описывается как RZ-код), передаваемого по бифилярной экранированной линии связи. Передача осуществляется на стандартизованных частотах (период-Т), 32-мя разрядными словами ПК, включающими адресную и информационную части, и 32-й разряд — бит контроля по четности (Sum). Слова разделяются обязательной «паузой» — отсутствием сигнала в линии в течении 4Т, которая определяет окончание слова ПК.

Интерфейс ARINC-429 иногда называют радиальным, т. к. в интерфейсе обычно к одному каналу подключен только один передатчик, а каждая принимающая система является двухпроводной шиной данных. Соединительные проводники — витые пары. Размер слова составляет 32 бита, а большинство сообщений состоит из единственного слова данных. Сообщения передаются на одной из трёх скоростей: 12,5, 50 или 100 Кбит/сек.

ЦСВК работает в двух режимах.

1) Нормальный режим- ЦСВК сканирует все системы и запоминает выявленные системами встроенного контроля неисправности для последующей генерации отчета за цикл полета. В полете всегда работает нормальный режим.

Режим меню- производится диалог с одним компьютером, инициализируются различные тесты.

Особый интерес представляет модем, предназначенный для дистанционной диагностики систем при помощи УКВ-радиостанции. На ВС А-320 в качестве такого модема используется система взаимодействия с центром управления воздушным движением ATSU (Airtrafficserviceunit). В качестве УКВ радиостанции при этом используется радиостанция с возможностью передачи данных (VDL- VHFdatalink).

Таким образом, интегрированный комплекс авионики современного воздушного судна представляет собой единую систему радионавигационного, радиолокационного, радиосвязного оборудования, а также систем управления.

Литература:

1. Анцелиович Л. Л. Надежность, безопасность и живучесть самолета. М.: Машиностроение, 1985. 296 с
2. COMPONENT MAINTENANCE MANUAL C12860, 31–32–38 THALES AVIONICS SAS. APR 16/15 TO: HOLDER OF CFDIU CENTRALIZED FAULT DISPLAY INTERFACE UNIT PNR: C12860AA0x
3. Sebastian Torhorst, Nico B. Holzel and Volker Gollnick/ Identification and evaluation of the potentials of Prognostics and Health Management in future civil aircraft EUROPEAN CONFERENCE OF THE PROGNOSTICS AND HEALTH MANAGEMENT SOCIETY 2014
4. Гепко И. А., Олейник В. Ф., Чайка Ю. Д., Бондаренко А. В. Современные беспроводные сети: состояние и перспективы развития-К.:ЕКМО, 2009–672с.
5. Дмитриев А. Л. Оптические системы передачи информации/учебное пособие-СПб, СПбГУИТМО, 2007. 96с.
6. Инструкция по эксплуатации модуля для сопряжения систем на основе последовательного канала по ГОСТ 18977–79 (ARINC 429) с интерфейсом USB 2.0 ECE-0206–1 ГФКП.468363.024 ИЭ
7. И. Л. Сироклин, Средства связи № 2, 24 (2001).
8. В. И. Серопегин, Технология и средства связи № 4, 72 (1999).