Файл: Системы автоматического и директорного управления самолетом..pdf

Критический участок трассы полета. Его влияние на безопасность полета

Из предыдущего раздела следует, что в диапазоне малых высот полета существует участок полета (в дальнейшем назы­ ваемый критическим), на котором невозможен ни переход на ручное управление, ни уход на запасной аэродром. Таким обра­ зом, назовем критическим участок полета, на котором при отказе САУ невозможен переход на запасные режимы полета или пере­ ход на запасной вариант полета лишен смысла.

Участок полета, предшествующий критическому, назовем

докритическим.

Протяженность критического участка зависит от характери­ стик системы самолет — САУ — летчик и от внешних условий. Так, при автоматической посадке самолета начало критического участка определяется минимально-возможной высотой ухода самолета на повторный заход, который зависит от взлетно-поса­ дочных характеристик самолета, условий видимости, квалифи­ кации летчика, совершенства средств обнаружения отказа и опо­ вещения о нем летчика и т. д.

Следует еще раз подчеркнуть условность разделения области возможных режимов полета на три диапазона в соответствии с высотой полета. Это разделение справедливо лишь в настоя­ щее время и обусловлено в основном характеристиками сущест­ вующих самолетов. В связи с этим применение понятия «крити­ ческий участок» не следует ограничивать только третьим диапа­

управляемого с помощью САУ, предназначенной для выполнения автоматического приземления. В таком полете при плохих метео­ условиях в аэропорте назначения, исключающем иной, кроме автоматического, способ приземления, отказ части САУ вызы­ вает необходимость ухода на запасной аэродром. Маневр ухода,

назначения В. Этот пример показывает, что критический участок полета может быть расположен одновременно в третьем, втором и частично в первом диапазоне режимов, занимая по времени внушительную долю общей продолжительности полета.

И, наконец, возможен случай, когда переход на запасной вариант полета не имеет смысла, хотя в принципе и возможен. В качестве примера рассмотрим полет самолета, оборудованного системой автоматического приземления, в пределах досягаемо­ сти которого имеется лишь три аэродрома (А, В, С на рис. 3.6). При наличии зоны плохих метеоусловий, захватывающей как аэропорт назначения В, так и запасной С, критический участок

112

— критическую, элементы которой обеспечивают управление

на критическом участке полета;

— некритическую, элементы которой обеспечивают управле­ ние только на докритическом участке полета.

Элементы критической части САУ могут участвовать в управ­ лении полетом не только на критическом участке полета, но и на всех участках (например, сервопривод САУ).

Рис. 3. 6. Зависимость протяженности кри­ тического участка от величины зоны пло­ хих метеоусловий:

1, 2, 3—границы зоны плохих метеоусловий, соот­ ветствующей протяженности критического участка

Введение понятия «критическая» часть САУ позволяет опре­ делить следующие стратегии использования САУ (рис. 3.7). Если на докритическом участке полета критическая часть САУ не отказала, то имеет место основной вариант полета. Если же на докритическом участке полета имеет место отказ критической части САУ, то используется запасной вариант полета. Для иллюстрации важности критического участка в разработке во­ просов обеспечения безопасности полета на основании данной стратегии использования САУ определим уровень риска авто­ матического полета самолета. При этом для упрощения будем считать, что:

—протяженность критического участка постоянна;

—при отказе некритической части САУ и наличии дополни­ тельных средств информации, исключающих САУ, летчик сумеет завершить полет с их помощью с той же вероятностью ошибок

114

управления, что и при исправной работе некритической части САУ;

— при полете на критическом участке вероятность успеш­

ного перехода на запасные режимы и варианты полета равна нулю;

вероятность этого же перехода в остальных случаях равна единице.

Рис. 3.7. Стратегии использования САУ:

/—критическая часть САУ; 2—некритическая часть САУ; А — аэропорт вылета; В—аэропорт назначения; С—запасной аэро­ порт; AD — докритический участок; DB — критический участок; ADB—основной вариант полета; ADC—запасной вариант полета

Тогда для уровня риска Qg™, соответствующего основному варианту полета, будем иметь

115

Pu(tclto) — вероятность наличия или исправной работы до­ полнительных средств информации на запасном варианте полета.

Все временные интервалы (3.43) и (3.44) отсчитываются от момента включения САУ в аэропорте вылета.

Принимая во внимание, что

с помощью выражений (3.43)— (3.45) нетрудно получить, что

Фбез — ? к р ( № + <7кр(А)) [рЛ*Л)Чл( 0 +

Если метеоусловия исключают использование на критиче­ ском участке дополнительных средств информации (при исполь­ зовании запасного варианта мы вправе считать, что указанные средства всегда имеются и могут быть использованы), то, поло­ жив в (3. 46)

РА*Л) = 0 и A, = ( W = 1,

получим

исключающим САУ средствам. Таким образом, первое слагае­ мое выражения (3.47) соответствует обеспечению безопасности применением резервирования вариантов полета с активным уча­ стием летчика в осуществлении этого резервирования; величина этого слагаемого определяется летным происшествием на за­

зом, величина первого слагаемого (3.47) на несколько порядков

Таким образом, уровень безопасности автоматического управле­ ния полетом практически определяется вероятностью исправной работы критической части САУ на критическом участке полета при условии ее исправной работы на докритическом участке, что указывает на первостепенное значение определения критического участка при разработке САУ.

116

Отказность С А У

Одной из важнейших характеристик резервированных систем является ее отказность. Под отказностью САУ будем понимать минимальное число г неопасных отказов ее элементов, которое соответствует отказу САУ, т. е. выводит САУ из строя.

Отказом резервированной системы является последователь­ ность отказов ее элементов, после наступления которой пара­ метры системы выходят за допустимые пределы, а сама такая последовательность отказов элементов системы называется реа­ лизацией отказа системы.

Рис. 3.8. Гипотетическая система с активным резервиро­ ванием

В качестве примера в табл. 3. 1 представлены всевозможные реализации отказа гипотетического узла, состоящего из двух подканалов с резервированием замещением (рис. 3.8). В нем элементы А, В, С составляют основной подканал, а элемент D — резервный. Элементы А я В являются управляющими, а элемент С является элементом встроенного контроля, реагирующим только на отказы элемента В. Таким образом, отказы элемента А не вызывают переключения управления с основного на резерв­ ный подканал. Для простоты будем считать, что элемент С имеет отказы только типа «несрабатывание» при поступлении на него сигнала об отказе элемента В, а переключающий элемент П абсолютно надежен.

Из таблицы видно, что даже для такой простой системы число реализаций отказа достаточно велико. Чтобы уменьшить количество возможных реализаций отказа системы, введем поня­ тие обобщенной реализации отказа системы. Вновь обратив­ шись к табл. 3. 1, легко видеть, что отказы некоторых элементов в реализациях отказа системы являются избыточными; отказ си­ стемы все равно будет иметь место независимо от того, отказали или нет эти элементы, например, отказы элементов С и D в реа­ лизациях 2—5, элемента D в реализациях 7 и 8 и т. д. В то же время отказы элемента А в реализациях 1—5, элементов В я С

117

в реализациях 6—8 обязательны, именно они определяют по­ следствия отказа. Элементы реализации отказа системы, отказы которых необходимы и достаточны для того, чтобы параметры системы вышли за допустимые пределы, назовем определяю­ щими элементами (в табл. 3.1 они помечены звездочками).

Тогда обобщенной реализацией отказа системы будет совокуп­ ность реализаций ее отказа, в каждой из которых определяющие

лизации 6-^8 — другую обобщенную реализацию с определяю­ щими элементами В и С.

Для более ясного представления вывода выражений, учиты­ вающих последовательность отказов элементов системы, решим следующую задачу.

Имеются два элемента 1 и 2 с плотностями распределения времени безотказной работы элементов fi(t) и /2(0 соответст­ венно. Требуется определить вероятность того, что за время ра­ боты t элемент 1 откажет первым, а состояние элемента 2 после отказа элемента 1 не играет никакой роли.

Интересующее нас событие имеет место всякий раз, когда элементы 1 и 2 безотказно работают в течение отрезка времени т, а отказ элемента 1 имеет место в бесконечно малом интервале времени dx при исправной работе в этом интервале элемента 2.

118