Модуль регистрации и обработки диагностической информации для летательных аппаратов

Полезная модель относится к технике измерения и диагностики работы узлов, агрегатов и деталей машин и механизмов авиапромышленной продукции, преимущественно, летательных аппаратов и может быть использовано в различных устройствах контроля, регистрации и оповещения в автоматическом интегрированном режиме летного состава о техническом состоянии агрегатов летательного аппарата.

Модуль 1 регистрации и обработки диагностической информации по фиг.1 для летательных аппаратов, например, для вертолета содержит систему регистрации диагностической информации.

Система регистрации выполнена в виде основного модуля 2 управления и обработки сигналов, электрически связанного входами-выходами со вспомогательным модулем 3 обработки сигналов посредством шины данных и управления, при этом основной модуль 2 управления и обработки сигналов выполнен в виде управляющего процессора 4 и программируемой логической интегральной схемы 5 (ПЛИС), к цифровым входам которой подключены: шестнадцатиканальный аналогово-цифровой преобразователь 6 (АЦП), шестнадцать узлов аналогово-цифровых преобразователей 7 (узел АЦП 116), двенадцать формирователей 8 и цифровые входы датчиков оборотов, а к управляющему процессору 4 подключены: оперативное запоминающее устройство 9 (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство 10 (ПЗУ) и съемный накопитель 11, выполненный в виде электрически связанных между собой функциональных элементов: управляющего контроллера 12 (УК), программируемой логической интегральной схемы 13 (ПЛИС), по меньшей мере, одного элемента флэш-памяти 14, (используется от 1 до 4 элементов flash-памяти в зависимости от требуемого объема регистрируемых данных), и оперативного запоминающего устройства 15 (ОЗУ). К шине ввода-вывода программируемой логической интегральной схемы 5 (ПЛИС) модуля 2 управления и обработки сигналов подключен маршрутизатор 16, содержащий электрически связанные между собой программируемую логическую интегральную схему 17 (ПЛИС) маршрутизатора с, по меньшей мере, одним модулем 18 (модуль ЦСП 18) цифрового сигнального процессора, (число модулей цифровых сигнальных процессоров - от 1 до 8, в зависимости от сложности алгоритмов обработки данных), содержащего цифровой сигнальный процессор 19 (ЦСП) и оперативное запоминающее устройство 20 (ОЗУ) объемом от 16 до 64 МБ.

Полезная модель относится к технике диагностики работы узлов, агрегатов и деталей машин и механизмов авиапромышленной продукции, преимущественно, летательных аппаратов и может быть использовано в различных устройствах контроля, регистрации и оповещения в автоматическом интегрированном режиме летного состава и технического персонала о техническом состоянии агрегатов летательного аппарата.

Известно устройство для индикации состояния контролируемых параметров, включающее модуль коммутации и регистрации параметров, оснащенный схемами сравнения, схемами совпадения, дешифратором, и индикатором контроля в виде газоразрядной трубки [1].

Недостатком этого устройства для индикации состояния контролируемых параметров является невозможность одновременного контроля множества параметров датчиков давления, температуры и т.д., а также невозможность проведения диагностики агрегатов летательного аппарата по техническому состоянию.

Известна автономная система диагностики агрегатов летательных аппаратов по техническому состоянию, принятая в качестве прототипа, содержит комплект датчиков давления, температуры, вибрации и т.д., модуль коммутации и регистрации параметров (БКРП), снабженный системой регистрации и процессором, индикатор контроля и оповещения (ИКиО), оснащенный буквенным табло, шкалой технического состояния агрегатов, клавиатурой кодов агрегатов, кнопкой запроса технического состояния агрегатов, кнопкой проверки работы табло, звуковой сиреной, сигнальной лампочкой, речевым информатором [2].

Задачей, на решение которой направлен известный объект является повышение безопасности эксплуатации летательного аппарата за счет своевременного проведения автономной диагностики агрегатов летательного аппарата по их техническому состоянию.

Автономная система диагностики дает возможность определить техническое состояние любого агрегата летательного аппарата с помощью клавиатуры кодов агрегатов как во время установившегося полета, так и во время работы двигателей на земле.

Недостаток известной конструкции проявляется в ограничении технологических возможностей в связи с тем, что регистрация и обработка диагностической информации возможна только с участием оператора, например, при переходе экипажа на полностью ручной режим полета невозможно оценивать критические параметры из-за необходимости ручного взаимодействия с системой регистрации с целью переключения режимов отображения; кроме этого, известная конструкция не позволяет производить анализ данных в процессе полета по сложным алгоритмам цифровой обработки сигналов.

В основу полезной модели поставлена задача расширения технологических возможностей за счет проведения диагностики как во время полета, так и после полета, в полностью автоматическом, без обязательного участия оператора, режиме с использованием алгоритмов цифровой обработки сигналов.

Упомянутая задача решается за счет того, что в модуле регистрации и обработки диагностической информации для летательных аппаратов, включающем систему регистрации диагностической информации, согласно полезной модели, система регистрации выполнена в виде основного модуля управления и обработки сигналов, электрически связанного со вспомогательным модулем обработки сигналов посредством шины данных и управления, при этом основной модуль управления и обработки сигналов выполнен в виде управляющего процессора и программируемой логической интегральной схемы, к цифровым входам которой подключены: шестнадцатиканальный аналогово-цифровой преобразователь, шестнадцать узлов аналогово-цифровых преобразователей, двенадцать формирователей и цифровые входы датчиков оборотов, а к управляющему процессору подключены: оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство и съемный накопитель, выполненный в виде электрически связанных между собой функциональных элементов: управляющего контроллера программируемой логической интегральной схемы, по меньшей мере, одного элемента флэш-памяти и оперативного запоминающего устройства, при этом к шине ввода-вывода программируемой логической интегральной схемы модуля управления и обработки сигналов подключен маршрутизатор, содержащий электрически связанные между собой программируемую логическую интегральную схему маршрутизатора с, по меньшей мере, одним модулем цифрового сигнального процессора, содержащего цифровой сигнальный процессор и оперативное запоминающее устройство.

Задача решается так же и тем, что в модуле регистрации и обработки диагностической информации вспомогательный модуль обработки сигналов выполнен в виде программируемой логической интегральной схемы, к цифровым входам которой подключены: модуль цифровых интерфейсов, шестнадцать узлов аналогово-цифровых преобразователей, двенадцать формирователей и цифровые входы датчиков оборотов, а также маршрутизатор, содержащий электрически связанные между собой программируемую логическую интегральную схему маршрутизатора с, по меньшей мере, одним модулем цифрового сигнального процессора, содержащего цифровой сигнальный процессор и оперативное запоминающее устройство.

Техническим результатом полезной модели является регистрация и выдача в автоматическом интегрированной режиме полученных с помощью алгоритмов цифровой обработки сигналов результатов диагностики агрегатов летательного средства на бортовые и иные средства взаимодействия с оператором, при этом обязательного участия оператора для определения и диагностики состояния агрегатов, требующих внимания (вследствие износа, повреждения и т.д.), не требуется.

Для лучшего понимания полезная модель поясняется чертежом, где

Фиг.1 - блок-схема модуля регистрации и обработки диагностической информации для летательных аппаратов с указанием позиций, для упрощения на которой электрическая связь входов-выходов узлов и элементов посредством шины ввода-вывода данных и управления показана двойными стрелками, электрическая связь входов - одинарными стрелками;

Фиг.2 - блок-схема модуля регистрации и обработки диагностической информации для летательных аппаратов с указанием общепринятых сокращений, соответственно, цифровым позициям.

Модуль 1 регистрации и обработки диагностической информации по фиг.1, 2 для летательных аппаратов, например, для вертолета содержит систему регистрации диагностической информации.

Система регистрации выполнена в виде основного модуля 2 управления и обработки сигналов, электрически связанного со вспомогательным модулем 3 обработки сигналов посредством шины данных и управления, при этом основной модуль 2 управления и обработки сигналов выполнен в виде управляющего процессора 4 и программируемой логической интегральной схемы 5 (ПЛИС), к цифровым входам которой подключены: шестнадцатиканальный аналогово-цифровой преобразователь 6 (АЦП), шестнадцать узлов аналогово-цифровых преобразователей 7 (узел АЦП 116), двенадцать формирователей 8 и цифровые входы датчиков оборотов, а к управляющему процессору 4 подключены: оперативное запоминающее устройство 9 (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство 10 (ПЗУ) и съемный накопитель 11, выполненный в виде электрически связанных между собой функциональных элементов: управляющего контроллера 12 (УК), программируемой логической интегральной схемы 13 (ПЛИС), по меньшей мере, одного элемента флэш-памяти 14, (используется от 1 до 4 элементов flash-памяти в зависимости от требуемого объема регистрируемых данных), и оперативного запоминающего устройства 15 (ОЗУ). К шине ввода-вывода программируемой логической интегральной схемы 5 (ПЛИС) модуля 2 управления и обработки сигналов подключен маршрутизатор 16, содержащий электрически связанные между собой программируемую логическую интегральную схему 17 (ПЛИС) маршрутизатора с, по меньшей мере, одним модулем 18 (модуль ЦСП 18) цифрового сигнального процессора, (число модулей цифровых сигнальных процессоров - от 1 до 8, в зависимости от сложности алгоритмов обработки данных), содержащего цифровой сигнальный процессор 19 (ЦСП) и оперативное запоминающее устройство 20 (ОЗУ) объемом от 16 до 64 МБ, в зависимости от сложности алгоритмов обработки данных и ставящихся перед модулем регистрации и обработки диагностической информации задач.

Для расширения технологических возможностей модуль 1 регистрации и обработки диагностической информации оснащен вспомогательным модулем 3 обработки сигналов. Модуль 3 выполнен в виде программируемой логической интегральной схемы 2 (ПЛИС), к цифровым входам которой подключены: модуль цифровых интерфейсов 22, шестнадцать узлов аналогово-цифровых преобразователей 23 (узел АЦП 116), двенадцать формирователей 24 (формирователь 112) и цифровые входы датчиков оборотов.

К шине ввода-вывода программируемой логической интегральной схемы подсоединен маршрутизатор 25, содержащий электрически связанные между собой программируемую логическую интегральную схему 26 (ПЛИС) маршрутизатора с, по меньшей мере, одним модулем 27 (модуль ЦСП 18) цифрового сигнального процессора (в зависимости от сложности алгоритмов обработки данных количество модулей 27 - от 1 до 8). Каждый модуль 27 содержит электрически связанные между собой и связанные с программируемой логической интегральной схемой 26 (ПЛИС) цифровой сигнальный процессор 28 (ЦСП) и оперативное запоминающее устройство 29 (ОЗУ) объемом от 16 до 64 МБ, в зависимости от сложности алгоритмов обработки данных.

В состав модуля 1 регистрации и обработки диагностической информации входят несколько модулей обработки сигналов.

Основной модуль управления и обработки сигналов имеет до шестнадцати аналоговых дифференциальных входов для ввода быстро изменяющихся сигналов. Частота дискретизации сигналов - до 192 кГц, разрешение - 24 бита. Для каждого из каналов предусмотрены управляемые фильтры низких частот (ФНЧ) с полосой от 10 кГц до 150 кГц и шагом 10 кГц, и усилители (с коэффициентом усиления до 24 дБ). Также предусмотрены шестнадцать аналоговых входов для ввода медленно меняющихся сигналов; максимальная частота дискретизации этих сигналов составляет 1 кГц.

Кроме этого, в основном модуле управления и обработки сигналов предусмотрены двенадцать формирователей для сигналов от датчиков оборотов, что позволяет подключить до двенадцати датчиков с аналоговыми выходными сигналами, а наличие двенадцати цифровых входов датчиков оборотов позволяет подключить до двенадцати датчиков с цифровыми выходными сигналами. При этом суммарное количество датчиков оборотов не должно превышать двенадцати. По сигналам, полученным от датчиков оборотов, вычисляются такие параметры, как скорость вращения, кинематическая погрешность и др.

В состав основного модуля управления и обработки сигналов также входит маршрутизатор с подключаемыми модулями цифровых сигнальных процессоров (ЦСП от 1 до 8 штук). Модули ЦСП выполняют такие функции обработки информации, как преобразование Фурье, фильтрация, выделение составляющих сигналов, слежение за амплитудой сигналов и т.д. В качестве маршрутизаторов потоков данных используются ПЛИС.

Управляющий процессор, входящий в состав основного модуля управления и обработки сигналов, выполняет функции буферизации и сохранения информации, а также служит для коммуникации с другими устройствами (например, пультом дистанционного управления).

Вспомогательный модуль обработки сигналов, в дополнение к основному модулю управления и обработки сигналов, обеспечивает дополнительные шестнадцать входов для ввода аналоговых быстроменяющихся сигналов, двенадцать аналоговых и двенадцать цифровых входов для ввода сигналов от датчиков оборотов (суммарное количество подключаемых к вспомогательному модулю обработки сигналов датчиков оборотов также, как и в случае с основным модулем обработки сигналов, не может превышать двенадцати), маршрутизатор с подключаемыми модулями ЦСП (от 1 до 8 штук) и модуль цифровых интерфейсов. Модуль цифровых интерфейсов поддерживает интерфейс ARINC 429 с последовательным кодом по ГОСТ 18977-79 и РТМ 1495-75 изм. 2, 3, а также интерфейс МКИО по ГОСТ Р 52070-2003.

При запуске модуля регистрации и обработки диагностической информации происходит запуск управляющего процессора 4, его самотестирование, считывание из ПЗУ 10 управляющей программы, инициализация ПЛИС 5 модуля управления и обработки сигналов, инициализация ПЛИС 21 вспомогательного модуля обработки сигналов, инициализация всех модулей АЦП и формирователей, а также внутреннего состояния съемного накопителя 11. После завершения самодиагностики и инициализации всех систем модуль регистрации и обработки диагностической информации переходит в рабочую фазу.

В рабочей фазе, поступающие на шестнадцатиканальный АЦП 6, медленно изменяющиеся сигналы от аналоговых датчиков температуры, давления и т.д. преобразуются из аналоговой в цифровую форму и поступают далее на программируемую логическую интегральную схему 5, откуда, в свою очередь, попадают в управляющий процессор 4 и буферизируются в ОЗУ 9.

Поступающие на шестнадцать аналогово-цифровых преобразователей 7, быстро изменяющиеся сигналы от шестнадцати датчиков (датчиков вибрации, датчиков деформации и т.д.) преобразуются из аналоговой формы в цифровую и поступают далее на программируемую логическую интегральную схему 5, откуда, в свою очередь, попадают в управляющий процессор 4 и также буферизируются в ОЗУ 9. В случае необходимости, по команде управляющей программы от управляющего процессора 4, данные от АЦП направляются программируемой логической интегральной схемой 5 в ПЛИС 17 маршрутизатора, откуда распределяются по цифровым сигнальным процессорам 19 для обработки алгоритмами цифровой обработки сигналов, при этом задействуется, подключенное к цифровым сигнальным процессорам 19, ОЗУ 20. После цифровой обработки данные через ПЛИС 17 маршрутизатора возвращаются в ПЛИС 5, откуда поступают через управляющий процессор 4 в ОЗУ 9 для буферизации.

Поступающие на аналоговые входы датчиков оборотов, сигналы от аналоговых датчиков оборотов (индуктивных и т.д.) с помощью формирователей 8 преобразуются в цифровые импульсы. Поступающие на цифровые входы датчиков оборотов, сигналы от цифровых датчиков оборотов (со встроенными формирователями) объединяются с цифровыми импульсами от формирователей 8 по правилу логического исключающего ИЛИ, и поступают в ПЛИС 5. ПЛИС 5 осуществляет замер точного времени обнаружения импульсов от датчиков оборотов, устранение дребезга и иные, задаваемые управляющей программой, процедуры, и передает данные о времени обнаружения импульсов, а также иную, определяемую управляющей программой, информацию в управляющий процессор 4, откуда данные попадают в ОЗУ 9 для буферизации. При необходимости, по команде управляющей программы от управляющего процессора 4, данные о сигналах от датчиков оборотов направляются программируемой логической интегральной схемой 5 в ПЛИС 17 маршрутизатора, откуда распределяются по цифровым сигнальным процессорам 19 для обработки алгоритмами цифровой обработки сигналов (вычисления скорости вращения, крутящего момента и т.д.), при этом задействуется, подключенное к цифровым сигнальным процессорам 19, ОЗУ 20. После цифровой обработки данные через ПЛИС 17 маршрутизатора возвращаются в ПЛИС 5, откуда поступают через управляющий процессор 4 в ОЗУ 9 для буферизации.

Поступающие на шестнадцать аналогово-цифровых преобразователей 23, быстроизменяющиеся сигналы от дополнительных шестнадцати датчиков (датчиков вибрации, датчиков деформации и т.д.) преобразуются из аналоговой формы в цифровую и поступают далее на программируемую логическую интегральную схему 21, откуда, через ПЛИС 5 модуля управления и обработки сигналов попадают в управляющий процессор 4 и также буферизируются в ОЗУ 9. В случае необходимости, по команде управляющей программы данные от АПП направляются программируемой логической интегральной схемой 21 в ПЛИС 26 маршрутизатора 25, откуда распределяются по цифровым сигнальным процессорам 28 для обработки алгоритмами цифровой обработки сигналов, при этом задействуется подключенное к цифровым сигнальным процессорам 28 ОЗУ 29. После цифровой обработки данные через ПЛИС 26 маршрутизатора возвращаются в ПЛИС 21, откуда поступают через ПЛИС 5 модуля управления и обработки сигналов в управляющий процессор 4 и далее в ОЗУ 9 для буферизации.

Поступающие на аналоговые входы датчиков оборотов, сигналы от дополнительных аналоговых датчиков оборотов (индуктивных и т.д.) с помощью формирователей 24 преобразуются в цифровые импульсы. Поступающие на цифровые входы датчиков оборотов, сигналы от цифровых датчиков оборотов (со встроенными формирователями) объединяются с цифровыми импульсами от формирователей 24 по правилу логического исключающего ИЛИ, и поступают в ПЛИС 21. ПЛИС 21 осуществляет замер точного времени обнаружения импульсов от датчиков оборотов, устранение дребезга и иные, задаваемые управляющей программой, процедуры, и передает данные о времени обнаружения импульсов, а также иную, определяемую управляющей программой, информацию через ПЛИС 5 в управляющий процессор 4, откуда данные попадают в ОЗУ 9 для буферизации. При необходимости, по команде управляющей программы, данные о сигналах от датчиков оборотов направляются программируемой логической интегральной схемой 21 в ПЛИС 26 маршрутизатора 25, откуда распределяются по цифровым сигнальным процессорам 28 для обработки алгоритмами цифровой обработки сигналов (вычисления скорости вращения, крутящего момента и т.д.), при этом задействуется подключенное к цифровым сигнальным процессорам 28 ОЗУ 29. После цифровой обработки данные через ПЛИС 26 маршрутизатора 25 возвращаются в ПЛИС 21, откуда поступают через ПЛИС 5 в управляющий процессор 4 и далее в ОЗУ 9 для буферизации.

Взаимодействие с цифровыми интерфейсами (ARINC-429 с последовательным кодом по ГОСТ 18977-79 и РТМ 1495-75 изм.2, 3, а также МКИО по ГОСТ Р 52070-2003) осуществляется с помощью модуля цифровых интерфейсов 22. Входящие данные попадают через модуль цифровых интерфейсов в ПЛИС 21 и далее через ПЛИС 5 в управляющий процессор 4, где обрабатываются управляющей программой. Исходящие данные поступают от управляющего процессора 4 через ПЛИС 5 и ПЛИС 21 в модуль цифровых интерфейсов, где преобразуются в форму, необходимую для взаимодействия с указанными цифровыми интерфейсами.

Буферизированные в ОЗУ 9 данные с помощью управляющего процессора 4 передаются в съемный накопитель 11, где поступают через управляющий контроллер 12 в буферизирующее ОЗУ 15, откуда через управляющий контроллер 12 поступают в ПЛИС 13, распределяющее данные по модулям flash-памяти 14.

Управляющий процессор 4, в случае необходимости, по команде управляющей программы обменивается данными (в том числе данными из ОЗУ 9) с другими устройствами через интерфейс обмена с другими устройствами.

Таким образом, использование нового исполнения модуля регистрации и обработки диагностической информации для летательных аппаратов, реализующего технологию автоматизированной диагностики узлов, агрегатов и конструкции планера летательного аппарата, основанную на программируемой логической интеграции и маршрутизации сигналов от всех датчиков летательного аппарата, без автономного участия членов экипажа, позволяет сделать вывод, что полезная модель соответствует критерию «изобретательский уровень и промышленная применимость».

По сравнению с известным уровнем техники полезная модель характеризуется проведением диагностики в полностью автоматическом, без обязательного участия оператора, режиме с использованием алгоритмов цифровой обработки сигналов, например, путем выявления накопленных механических и/или температурных деформаций и напряжений в узлах и агрегатах летательного аппарата либо с помощью послеполетной диагностики накопленной во время полета информации.

На дату подачи заявки полезная модель проходит стендовые испытания для ее введения в гражданский оборот в Беларуси и в России.

Источники информации

1. а.с. СССР 394662. МПК G01Д 1/10. 1973 г.

2. RU 2243134 МПК ⁸ B64D 47/02 20.03.1997

1. Модуль регистрации и обработки диагностической информации для летательных аппаратов, включающий систему регистрации диагностической информации, процессор, отличающийся тем, что система регистрации выполнена в виде основного модуля управления и обработки сигналов, электрически связанного со вспомогательным модулем обработки сигналов посредством шины данных и управления, при этом основной модуль управления и обработки сигналов выполнен в виде управляющего процессора и программируемой логической интегральной схемы, к цифровым входам которой подключены: шестнадцатиканальный аналогово-цифровой преобразователь, шестнадцать узлов аналогово-цифровых преобразователей, двенадцать формирователей и цифровые входы датчиков оборотов, а к управляющему процессору подключены: оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство и съемный накопитель, выполненный в виде электрически связанных между собой функциональных элементов: управляющего контроллера, программируемой логической интегральной схемы, по меньшей мере, одного элемента флэш-памяти и оперативного запоминающего устройства, при этом к шине ввода-вывода программируемой логической интегральной схемы модуля управления и обработки сигналов подключен маршрутизатор, содержащий электрически связанные между собой программируемую логическую интегральную схему маршрутизатора с, по меньшей мере, одним модулем цифрового сигнального процессора, содержащего цифровой сигнальный процессор и оперативное запоминающее устройство.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что вспомогательный модуль обработки сигналов выполнен в виде программируемой логической интегральной схемы, к цифровым входам которой подключены: модуль цифровых интерфейсов, шестнадцать узлов аналогово-цифровых преобразователей, двенадцать формирователей и цифровые входы датчиков оборотов, а также маршрутизатор, содержащий электрически связанные между собой программируемую логическую интегральную схему маршрутизатора с, по меньшей мере, одним модулем цифрового сигнального процессора, содержащего цифровой сигнальный процессор и оперативное запоминающее устройство.