Файл: Василинин В.Н. Автоматизированное вождение тяжелых самолетов.pdf

Г л а в а II

ПИЛОТАЖНО-НАВИГАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ (ПНК)

§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПИК И ОБОБЩЕННЫЕ КРИТЕРИИ ИХ ОЦЕНКИ

ПНК объединяет два взаимосвязанных комплекса: пи­ лотажный (ПК) и навигационный (НК). Известно много самых разнообразных структур ПНК, отличающихся соста­ вом, связями и рядом других характеристик.

ПНК современных тяжелых самолетов по сложности и многофункциональности можно отнести к категории боль­ ших информационно-управляющих систем. Даже в состав простейшего ПНК современного ДТС входит более десяти функционально взаимосвязанных систем. Количество свя­ зей и взаимосвязей в нем исчисляется тысячами, а у более сложного —десятками тысяч. Вполне естественно, что это затрудняет освоение ПНК. летным и техническим составом.

В целях систематизации дальнейшего изложения воп­ росов автоматизированного вождения тяжелых самолетов представляется целесообразным сгруппировать ПНК сле­ дующим образом: ПНК-1— освоенные к настоящему вре­ мени на ДТС, ПНК-2 — предназначенные для СТС и неко­ торых современных ДТС и, наконец, ПНК-3 — перспектив­ ные. Указанные группы отличаются одна от другой точ­ ностью, надежностью, количеством автоматизированных функций или степенью автоматизации и загруженностью экипажа. Эти характеристики можно рассматривать как обобщенные критерии для оценки ПНК.

Точность ПНК. невозможно охарактеризовать однознач­ но, для этого нужно воспользоваться, как минимум, тремя частными значениями:

— точности, обеспечиваемой при посадке на оборудо­ ванный посадочной системой аэродром;

52

— точности вождения в зоне действия РСБН; ■— точности вождения автономными средствами и ме­

тодами.

Точность автоматизированного снижения по глиссаде определяется горизонтальными и вертикальными отклоне­ ниями от глиссады (ею ег) на высоте перехода к посадке вручную с помощью командных (директорных) приборов. Точность приземления в этом случае зависит не только от совершенства бортового оборудования, но и от управляе­ мости самолета и подготовки летчика. Если же посадка автоматизирована до приземления, то ее точность харак­ теризуется боковым и продольным отклонениями фактиче­ ской точки приземления относительно расчетной, а также отклонением (увеличением) вертикальной скорости при­ земления — «мягкостью» посадки.

По мере снижения самолета по глиссаде потребная точность увеличивается и на высоте 30 м она характери­ зуется отклонениями, выражаемыми величинами порядка 10—15 м на уровне вероятности 0,95*.

Точность автоматизированного вождения в районе аэродрома и по маршруту характеризуется отклонениями: боковыми и по высоте относительно заданной траектории; от назначенного времени прибытия в заданный пункт.

Допустимые отклонения устанавливаются в результате обработки статистических данных. Подлежащие обработке отклонения рассматриваются как сумма независимых слу­ чайных величии, подчиненных нормальному закону рас­ пределения. Задавшись приемлемой вероятностью, по ре­ зультатам статистической обработки определяют допусти­

ны X , полученные в результате ста­ тистической обработки.

* В дальнейшем все точностные характеристики даются для веро­ ятности 0,95.

53

Если область а и ß расположена симметрично относи­ тельно центра рассеивания тх, т. е. a = ß, то вероятность попадания в нее величины х выражается формулой

Нормальная функция распределения отыскивается с помощью таблиц, приводимых в курсах теории вероятно­ стей.

Известна и более строгая методика расчета допусти­ мых пределов отклонений, базирующаяся на теории ста­ ционарных случайных функций и теории выбросов слу­ чайного процесса [17].

При тх—0 величина а определяется по формуле

(55)

где рй— вероятность того, что за время полета I не про­ изойдет ни одного выброса за пределы а вели­ чины х;

р"(0) — значение второй производной от нормированной корреляционной функции при аргументе т, рав­ ном нулю (когда корреляционная функция рав­ на дисперсии).

Точность вывода самолета в точку начала снижения по глиссаде (ВГ) с помощью РСБН, наземный маяк которой расположен в районе аэродрома посадки, характеризуется боковым уклонением БУВГ<! 1,5—2 км. Для обеспечения

нормальной посадки самолетов с временной дистанцией 2 мин потребная точность вывода самолета в ту же точку по времени Д7ВГ^ ± 1 0 с. С увеличением пропускной спо­

собности аэродромов требования в этом отношении повы­ шаются.

Точность вождения по маршруту регламентируется пе­ риодически уточняемыми нормативами и правилами эше­ лонирования по высоте (см. рис. 58 и приложения 2—4). Для полетов по маршрутам над территорией Советского Союза на реактивных транспортных самолетах установ­ лены нормативы [22], по которым экипажу выставляется

54

Для удовлетворительной оценки время, назначенное за 1 ч до выхода на заданный пункт по нормативам, должно выдерживаться с точностью ±2,5 мин.

Независимо от нормативов на некоторых коротких эта­ пах трасс устанавливаются ограничительные коридоры шириной в несколько километров, которые специально оборудуются радиомаяками РСБН или в крайнем случае приводIIыми радиостанциями.

Для трассовых полетов над сушей, покрытой густой сетью наземных средств радиотехнического обеспечения (РТО), ИКАО установлена ширина полосы, равная 18,5км (10 морских миль), которая приравнивается к 7ову. Отсю­

да следует, что допустимая величина бокового уклонения, отнесенная к вероятности 0,95, равна ±5,3 км. Для поле­ тов над пустынными районами и океанами ИКАО введен коридор шириной 222 км (120 морских миль), что соответ­ ствует допустимому БУ95= 63,2 км. В ближайшее время предполагается сокращение ширины этого коридора до 111 или даже до 92,5 км (60 или 50 морских миль). После этого допустимое" боковое уклонение уменьшится до 31,8 или до 26,4 км.

Для трассовых полетов имеет большое значение и та­ кая характеристика, как минимально допустимая времен­ ная дистанция между самолетами, летящими в одном на­ правлении, на одном эшелоне, с одинаковой заданной ско­ ростью, без взаимного контроля в течение длительного времени (более часа). От нее зависит пропускная способ­ ность трассы.

Если трассовые полеты совершаются над пустынными районами и океанами на самолетах, не имеющих автома­ тов тяги, временная дистанция 10 мин считается мини­ мально допустимой при времени полета не более 3—4 ч.

Приведенные характеристики являются обобщенными и отражают уже достигнутый уровень точности автомати­ зированного вождения (ПНК-1).

Один из путей дальнейшего повышения точности авто­ матизированного вождения — совершенствование ПНК: оп­ тимальная обработка пилотажно-навигационной информа­ ции, повышение точности отдельных элементов и улучше­ ние связей между н и м и .

55

Надежность не менее важная характеристика ПНК. Это понятие принято применять к техническому состоянию ПНК, хотя его можно и нужно распространить и на при­ менимость ПНК в различных условиях полета, особенно неблагоприятных.

Техническая надежность характеризуется средним вре­ менем наработки ПНК на один отказ (/Wra). Отказы быва­ ют полные н частичные. Под полным отказом подразуме­ вается такое состояние ПНК, при котором экипаж вынуж­ ден переходить на вождение самолета вручную и с пони­ женной точностью. При частичном отказе ПНК автомати­ зированное вождение не обеспечивается с возможной в данных условиях полета точностью. Эти же положения об отказах действительны и по отношению к отдельным си­ стемам и элементам, входящим в состав ПНК. Теорети­ чески установлено и экспериментально подтверждено, что для современного уровня производства и эксплуатации пилотажно-навигационного оборудования існо намного больше времени разового включения и работы ПНК в по­ лете:

Полагая, что появление отказов подчиняется закону распределения Пуассона, и учитывая неравенство (57), вероятность безотказной работы ПНК (Лз.р) можно выра­ зить простым соотношением

Так как вероятность Ро.р очень близка к единице и ею неудобно пользоваться, то за меру надежности часто при­ нимается опасность отказа:

Требования к технической надежности ПНК и входя­ щих в него элементов различны. Особенно жесткие требо­ вания предъявляются к датчикам опорных направлений, автопилотам и посадочным системам. Эти элементы наибо­ лее критичны в смысле обеспечения безопасности полета, и требования к их надежности носят априорный (услов­

56

ный) характер. Техническую надежность пилотажно-поса­ дочных систем принято характеризовать отношением

<60>

где пн.п — количество нормальных посадок, на которое допускается одна аварийная посадка.

В различных источниках приводятся самые разнообраз­ ные данные о потребной надежности пилотажно-посадоч­ ных систем. Обеспечить достаточно высокую надежность возможно лишь в результате кардинальных усовершенст­ вований не только бортового, но и наземного посадочного оборудования.

Требования к технической надежности ПНК непрерыв­ но возрастают, опережая реальные возможности. Это при­ водит к необходимости резервирования не только элемен­ тов, но и систем, входящих в ПНК. Резервирование может быть двукратным и трехкратным. Дальнейшее увеличение кратности резервирования приводит к таким усложнениям ПНК, которые могут' привести к обратным результатам, т. е. к уменьшению надежности. Само собой разумеется, что увеличение кратности резервирования связано с рез­ ким возрастанием стоимости ПНК.

Резервирование может быть раздельным (поэлемент­ ным) или общим (цепь последовательно соединенных эле­ ментов), прямым (резервирование идентичных по назна­ чению и принципу действия элементов) или. косвенным (резервирование идентичных по назначению и различных по принципу действия элементов).

где Рі — вероятность безотказной работы резервируемого элемента;

а— число последовательно соединенных элементов в цепи;

к — число параллельных цепей (элементов).

57

Рациональное резервирование способствует повышению не только надежности, но и точности автоматизированного вождения путем оптимальной обработки информации. Соб­ ственно в этом и заключается смысл комплексирования пилотажных и навигационных систем и средств.

При прямом резервировании п измерителей представ­ ляется возможность осреднить результаты измерений, за

счет чего точность измерения увеличивается в)/Ѵграз. При косвенном резервировании измерителей оптимальная обра­ ботка измерений производится с учетом весовых коэффи­ циентов. В этом случае значение измеряемого параметра (хи) отыскивается по соотношению

При прямом трехкратном резервировании и известном пороге чувствительности (ЛДОп — допустимом отклонении) можно определить частичный отказ резервируемого эле­ мента последовательным вычислением разностей выходных сигналов Ді2, Ліз, Лгз и сравнением их с ДДОпПризнаком частичного отказа является нарушение двух из трех нера­ венств:

После выявления частично отказавшего элемента он может быть автоматически выключен, а экипаж информи­ рован об этом через систему сигнализации. Следователь­ но, между точностью и надежностью ПНК существует тес­ ная взаимосвязь. Совершенствование ПНК предусматри­ вает улучшение этих .важнейших характеристик.

58

самолете.

В таблице 4 характеристики ПНК-1 по точности и на­ дежности приняты близкими к достигнутым в настоящее время на ДТС. Точность и надежность приведены в виде обобщенных диапазонов. Относительная точность по груп­ пам, как принято в табл. 4, возрастает соответственно ко­ эффициентам кратности или индексам 1:3:5, а надеж­ ность увеличивается на порядок.

По мере совершенствования ПНК степень автоматиза­ ции вождения тяжелых самолетов повышается. Условимся считать, что группа ПНК-1 обеспечивает первую степень автоматизации вождения, ПНК-2 — вторую, а ПНК-3 — третью. Чтобы конкретизировать эти понятия, в табл. 5 приведен примерный перечень пилотажных, навигацион­ ных, вспомогательных и специальных задач, которые, в свою очередь, по группам ПНК решаются с различной степенью автоматизации: неавтоматизированно (—), по­ луавтоматически (п/авт.) и автоматически (авт.). -

Повышение степени автоматизации вождения неизбеж­ но приводит к увеличению объема информации, вводимой в память бортовых вычислителей, а значит, и к увеличе­ нию объема и содержания подготовки к полету. Это обсто­ ятельство следует рассматривать как один из основных недостатков автоматизации вождения.

С другой стороны, повышение степени автоматизации вождения дает возможность уменьшить состав экипажа. Напомним, что ПНК-1 оборудованы ДТС, в состав эки­ пажа которых входит четыре-пять человек, ПНК-2 ста­ вятся на СТС и некоторые современные ДТС с экипажем, состоящим из трех-четырех человек, и, наконец, ПНК-3 — перспективный комплекс, позволяющий сократить экипаж до трех или даже до двух человек.

На экипаж тяжелого самолета с ПНК-3 будут возло­ жены следующие функции:

—контроль за полетом и работой.автоматики;

—вмешательство в работу автоматики, когда необхо­

димо принять ответственное решение и изменить програм­ му-полета;

"— пёриодический переход на более низкий уровень автоматизаций вождения в целях тренировки.

59