Самолет с системой управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами
Полезная модель относится к авиационной технике и предназначена для использования в управлении пассажирскими самолетами. Самолет содержит двухконтурную систему управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами, включающую основные и резервные блоки вычислителей-концентраторов, блоки преобразования сигналов, блоки коммутации и защиты постоянного и переменного электрического тока, взаимодействующие с общесамолетным оборудованием и самолетными системами по каналам информационного обмена. В каждом из блоков установлены попарно идентичные основные каналы А и резервные каналы Б, снабженные средствами контроля работоспособности, обнаружения и отключения неисправного канала и подключения исправного канала. Таким образом, реализовано четырехкратное резервирование выполнения основных функций. Полезная модель обеспечивает высокую надежность и безопасностью полетов пассажирских самолетов.
Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к авиационной технике и предназначено для использования в управлении летательными аппаратами, прежде всего пассажирскими самолетами.
В современном самолете технические возможности и эффективность работы системы управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами (СУОСОСС) имеют большое значение для обеспечения безопасности полетов, повышения надежности, а также снижения затрат на эксплуатацию авиационной техники.
Указанная система управления предназначена для выполнения задач преобразования и передачи информации о параметрах систем самолетного оборудования, для управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами, контроля состояния систем, выдачи информации для подготовки отображения их состояния на индикаторах, выдачи сигнальных сообщений о состоянии систем и их режимах работы.
Предшествующий уровень техники
Известен самолет с системой управления общесамолетным оборудованием (патент РФ на изобретение RU 2263044 C1, B64C 13/00, 27.10.2005) с «повышенной мобильностью эффективностью выполнения полетов» и возможностью комплексного управления общесамолетным оборудованием (ОСО) как в автоматическом, так и в ручном режиме. Самолет содержит фюзеляж, крыло, оперение, шасси, двигатели основной силовой установки, воздухозаборники, вспомогательную силовую установку, размещенную в хвостовой части фюзеляжа и систему управления ОСО (СУОСО). СУОСО имеет два контура автоматического управления, конструктивно оформленные в основной и резервный блоки преобразований и вычислений, подключенные к исполнительным устройствам через блок управления и контроля, а также контур ручного управления с пультами управления, светосигнальным табло и центральным светосигнальным огнем. СУОСО сопряжена по мультиплексному каналу с комплексом бортовых электронно-вычислительных машин, электронными системами управления левым и правым двигателями, системой регистрации и контроля, аппаратурой наведения и посадки, комплексной системой управления, а по кодовым линиям связи - с системой управления и контроля топлива, аппаратурой речевых сообщений, комплексной системой электронной индикации и вспомогательной силовой установкой.
Прототипом полезной модели, по числу и содержанию функционально сходных признаков, который развивает техническое решение по патенту РФ на изобретение RU 2263044, является пассажирский самолет с системой управления общесамолетным оборудованием по патенту РФ на изобретение RU 2359868 С2, В64С 13/00, 27.07.2008. В патенте для повышения безопасности полета предусмотрена установка двух систем управления общесамолетным оборудованием. Первая система управления общесамолетным оборудованием имеет контур ручного управления и два контура автоматического управления. Они конструктивно оформлены в основной и резервный блоки преобразований и вычислений и подключены к исполнительным устройствам через блок управления и контроля. Контур ручного управления выполнен с пультами управления, светосигнальными табло и центральным светосигнальным огнем. Система управления сопряжена по мультиплексному каналу с комплексом бортовых ЭВМ, электронными системами управления двигателей, системой регистрации и контроля, аппаратурой наведения и посадки, комплексной системой управления. Вторая система управления самолета состоит из независимого и неподконтрольного пилотам аварийного автоматического контура. Этот третий контур автоматического управления в аварийных ситуациях включает в себя независимую дублирующую систему общесамолетного оборудования, состоящую из независимой дублирующей аварийной системы регистрации и контроля за работой всех систем и агрегатов самолета. Такая система управления пассажирского самолета, состоящая из двух систем и трех контуров автоматического управления, снижает вероятность авиационных катастроф, причиной которых является человеческий фактор (ошибка пилотов).
В прототипе на самолете установлены три контура автоматического управления, которые обеспечивают трехкратное резервирование функции автоматического управления и дублирование аварийной системы регистрации и контроля за работой всех систем и агрегатов самолета. В критических аварийных ситуациях прототип может не обеспечить требуемый, высокий уровень безопасности, который предъявляется к современным, а тем более, к перспективным пассажирским самолетам.
Сущность полезной модели
Полезная модель по данной заявке решает задачу повышения надежности и обеспечение безопасности полетов.
Указанная цель достигается за счет того, что в самолете, содержащем фюзеляж, крыло, управляющие и стабилизирующие поверхности, двигатели, вспомогательную силовую установку, шасси, кабину пилотов, пассажирский салон, общесамолетное оборудование, самолетные системы, бортовую вычислительную систему и двухконтурную систему управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами, снабженную основным и резервным контурами управления, оба указанных контура управления выполнены в виде основного и резервного блоков вычислителей-концентраторов, с установленными в каждом из них идентичными основным каналом А и резервным каналом Б, осуществляющими управление общесамолетным оборудованием по двунаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, соответствующему стандарту ARINC-825, с использованием двукратно резервированного блока преобразования сигналов с идентичными основным каналом А и резервным каналом Б в каждом из них и через двукратно резервированные блоки коммутации и защиты постоянного и переменного электрического тока, подающие напряжение электропитания на исполнительные устройства самолетных систем и управляющие сигналы на бортовое оборудование, с идентичными основным каналом А и резервным каналом Б в каждом их них.
Кроме того, в самолете все попарно идентичные каналы (основной канал А и резервный канал Б) блоков вычислителей-концентраторов, блоков преобразования сигналов и блоков коммутации и защиты постоянного и переменного электрического тока снабжены встроенными средствами контроля работоспособности, позволяющими в результате сравнения расчетов и показаний в каждом основном канале каждого основного блока, в случае их несовпадения, определить отказавший канал и перейти к использованию работоспособного резервного канала в этом же блоке, а в случае отказа этого резервного канала перейти к использованию основного канала А резервного блока, с повторением аналогичных процедур для основного канала А и резервного канала Б указанного резервного блока.
В самолете для передачи управляющих команд в режиме ручного управления размещенный в кабине пилотов комплексный потолочный пульт подключен к общесамолетному оборудованию по двунаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, соответствующему стандарту ARINC-825, а к самолетным системам - по однонаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, соответствующему стандарту ARINC-429.
В самолете для передачи управляющих команд в режиме автоматического управления блоки вычислителей-концентраторов подключены к общесамолетному оборудованию по двунаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, соответствующему стандарту ARINC-825, а к самолетным системам - по однонаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, соответствующему стандарту ARINC-429.
В самолете система управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами подключена к бортовой вычислительной системе самолета по быстродействующему высоконадежному каналу информационного обмена, соответствующему стандарту ARINC-664.
В самолете система управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами подключена к бортовой вычислительной системе самолета по двунаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, соответствующему стандарту ARINC-825.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем полезная модель поясняется конкретными примерами его выполнения со ссылками на прилагаемый чертеж (Фигура 1), на котором изображена блок-схема системы управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами самолета.
Осуществление полезной модели
Самолет с системой управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами содержит два блока вычислителей-концентраторов: основной блок вычислителей-концентраторов (БВК1-О) 1 (Фигура 1) и резервный блок вычислителей-концентраторов (БВК2-Р) 2; интегральную систему сбора, контроля, обработки и регистрации полетной информации (ИССКОР) 3; две бортовые вычислительные станции: основную бортовую вычислительную станцию (БВС1-О) 4 и резервную бортовую вычислительную станцию (БВС2-Р) 5; приборную доску 6; комплексный потолочный пульт 7; самолетные системы 8; общесамолетное оборудование 9; два блока преобразования сигналов: основной блок преобразования сигналов (БПС1-О) 10 и резервный блок преобразования сигналов (БПС2-Р) 11; два блока защиты и коммутации постоянного электрического тока: основной блок защиты и коммутации постоянного электрического тока (БЗК1-О) 12 и резервный блок защиты и коммутации постоянного электрического тока (БЗК1-Р) 13; два блока защиты и коммутации переменного электрического тока: основной блок защиты и коммутации переменного электрического тока (БЗК2-О) 14 и резервный блок защиты и коммутации переменного электрического тока (БЗК2-Р) 15; быстродействующий высоконадежный канал информационного обмена, соответствующий стандарту ARINC-664, 16; однонаправленный мультиплексный канал информационного обмена, соответствующий стандарту ARINC-429, 17 и двунаправленный мультиплексный канал информационного обмена, соответствующий стандарту ARINC-825, 18.
К самолетным системам 8 (Фигура 1) относятся: маршевая силовая установка; вспомогательная силовая установка; топливная система; система торможения колес; система управления поворотом переднего колеса; система энергоснабжения; противопожарная система; система внешнего светотехнического оборудования; бортовая система технического обслуживания; комплексная система управления.
В состав общесамолетного оборудования 9 (Фигура 1) входят: система управления уборкой и выпуском шасси; гидравлическая система; кислородная система; система нейтрального газа; комплексная система кондиционирования воздуха; система мониторинга температуры и давления колес; система аварийно-спасательного оборудования; система водоснабжения и удаления отходов; система контроля положения дверей и люков; система бытового и кухонного оборудования; система обогрева стекол; противообледенительная система; система контроля положения дверей и люков.
В заявляемом самолете система управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами решает задачи преобразования и передачи информации о параметрах систем самолетного оборудования, управления общесамолетным оборудованием и их исполнительными устройствами, контроля систем, выдачи информации для подготовки отображения их состояния, выдачи сигнальных сообщений о состоянии систем и их режимах работы.
Блоки вычислителей-концентраторов БВК1-О 1 и БВК2-Р 2 (Фигура 1) осуществляют информационный обмен в соответствии с требованиями действующих стандартов и технических регламентов: ГОСТ 18977-79, РТМ 1495-75 с изм. 3, со стандартом ARINC-825 (АС 1.1. 825-2009), со стандартом ARINC-664, прием от сопрягаемого оборудования входных разовых команд первого (РК1) и второго (РК2) уровней, самоконтроль, логическую обработку информации, контроль напряжений питания блока, текущий контроль исправности блока, формирование текущего состояния блока.
Блоки преобразования сигналов БПС1-О 10 и БПС2-Р 11 (Фигура 1) осуществляют прием всех аналоговых и дискретных сигналов, их первичную обработку и выдачу по внутрисистемной кодовой линии связи, питание датчиков, контроль напряжений питания блока, текущий контроль исправности блока, формирование текущего состояния блока.
Блоки защиты и коммутации постоянного электрического тока БЗК1-О 12 и БЗК2-Р 13 в варианте исполнения с напряжением 27 В (Фигура 1) осуществляют прием информации по внутрисистемной кодовой линии связи, а также пяти дискретных сигналов прямого управления, поступающих из комплексного потолочного пульта, самоконтроль, формирование команд управления исполнительными механизмами общесамолетных систем, «эхо-контроль» команд управления и защиту выходных силовых цепей блока от перегрузок, контроль напряжений питания блока, текущий контроль исправности блока, формирование текущего состояния блока.
Блоки защиты и коммутации переменного электрического тока БЗК2-О 14 и БЗК2-Р 15 в варианте исполнения с напряжением 115 В (Фигура 1) осуществляет прием информации по внутрисистемной кодовой линии связи, прием дискретных сигналов прямого управления от верхнего пульта пилотов, самоконтроль, формирование команд управления исполнительными механизмами общесамолетных систем, «эхо-контроль» команд управления и защиту выходных силовых цепей блока от перегрузок, контроль напряжений питания блока, текущий контроль исправности блока, формирование текущего состояния блока.
В самолете система управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами обеспечивает выполнение функций в режиме ручного и автоматического управления. Режим ручного управления осуществляется путем получения команды на выполнение циклограммы управления исполнительным механизмом самолетной системы от органов управления, находящихся в кабине пилотов. В режиме автоматического управления признаки активации циклограмм управления ОСО формируются на основе информации, принимаемой системой от самолетных систем. Ручное управление имеет более высокий приоритет, чем автоматическое управление.
Контроль общесамолетного оборудования осуществляется системой СУОСОСС методом сопоставления сформированных команд управления с информацией, полученной от систем вследствие ее выполнения и с помощью команд «запроса», инициирующих запуск процедуры встроенного самоконтроля комплексов бортового радиоэлектронного оборудования. Информация о результатах контроля СУОСОСС передается в интегральную систему сбора, контроля, обработки и регистрации полетной информации (ИССКОР) и в бортовые вычислительные станции. При этом обеспечивается выдача в систему ИССКОР 3 (Фигура 1) по быстродействующему высоконадежному каналу информационного обмена, соответствующему стандарту ARINC-664, значений текущих параметров, кодов событий и кодов отказавших блоков систем, выявленных на всех этапах работы объекта.
Блоки системы управления разработаны на основе использования мультипроцессорных средств, обеспечивающих высокую производительность и функциональное деление решаемых задач (цифровая обработка сигналов, выполнение алгоритмов контроля параметрической информации, выполнение алгоритмов реконфигурации системы управления с целью минимизации последствий отказа, формирование команд управления, оценка собственной работоспособности. без применения наземной контрольно-проверочной аппаратуры). Каждый блок СУОСОСС состоит из универсальных функционально независимых модулей.
Модули приема аналоговых сигналов, модули приема дискретных сигналов и модули формирования команд управления выполнены с возможностью передачи сигналов модулю процессора и ввода/вывода по двунаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, соответствующему стандарту ARINC-825.
Все основные блоки в системе управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами самолета выполнены по схеме двукратного резервирования, то есть включают основные и резервные блоки: БВС1-О и БВС2-Р, БВК1-О и БВК2-Р, БПС1-О и БПС2-Р, БЗК1-О и БЗК1-Р, БЗК2-О и БЗК2-Р (Фигура 1).
Кроме того, основные и резервные блоки БВК1-О и БВК2-Р, БПС1-О и БПС2-Р, БЗК1-О и БЗК1-Р, БЗК2-О и БЗК2-Р (Фигура 1) имеют внутреннее двукратное резервирование с помощью основного канала А и резервного канала Б (Фигура 1).
Все модули указанных блоков содержат встроенные средства контроля работоспособности.
Во всех указанных блоках основной канал А и резервный канал Б работают одновременно. При этом результаты расчетов, оценивающих их работоспособность, непрерывно сравниваются. В случае совпадения этих результатов указанные каналы А и Б продолжают работать. В противном случае включаются средства контроля работоспособности, выявляется и исключается неисправный канал. В дальнейшем продолжает работу только исправный канал. В случае отказа исправного канала основного блока подключается к работе резервный блок. Аналогичная процедура поиска отказов и исключения неисправного канала в резервном блоке повторяется.
Таким образом, в заявляемом самолете реализовано четырехкратное резервирование основных функций системы управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами. Это обеспечивает высокую надежность и безопасность полета, которая значительно выше, чем у прототипа.
Заявляемая система управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами обладает определенной универсальностью, так как может быть подключена к различным бортовым вычислительным системам, имеющим разные интерфейсы для использования как быстродействующего высоконадежного канала информационного обмена, соответствующего стандарту ARINC-664, так и двунаправленного мультиплексного канала информационного обмена, соответствующего стандарту ARINC-825.
Промышленная применимость полезной модели
Полезная модель предназначена для использования в авиационной промышленности при проектировании и изготовлении современных и перспективных пассажирских самолетов, обеспечивающих высокую надежность и безопасностью полетов при осуществлении массовых перевозок авиапассажиров в различных условиях.
Все технические средства и обеспечивающее их работу программное обеспечение, применение которых предусмотрено изобретением, разрабатываются и выпускаются как отечественными промышленными предприятиями, так и ведущими компаниями в зарубежных странах.
Предусмотренное полезной моделью взаимодействие средств реализуется в известных процессах различного назначения в области авиастроения. В процессе изготовления всех устройств, входящих в систему управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами, может быть использовано типовое, стандартное промышленное оборудование, известные материалы и комплектующие изделия.
1. Самолет, содержащий фюзеляж, крыло, управляющие и стабилизирующие поверхности, двигатели, вспомогательную силовую установку, шасси, кабину пилотов, пассажирский салон, общесамолетное оборудование, самолетные системы, бортовую вычислительную систему и двухконтурную систему управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами, снабженную основным и резервным контурами управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и безопасности, оба указанных контура управления выполнены в виде основного и резервного блоков вычислителей-концентраторов с установленными в каждом из них идентичными основным каналом А и резервным каналом Б, осуществляющими управление общесамолетным оборудованием по двунаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, соответствующему стандарту ARINC-825, с использованием двукратно резервированного блока преобразования сигналов с идентичными основным каналом А и резервным каналом Б в каждом из них и через двукратно резервированные блоки коммутации и защиты постоянного и переменного электрического тока, подающие напряжение электропитания на исполнительные устройства самолетных систем и управляющие сигналы на бортовое оборудование, с идентичными основным каналом А и резервным каналом Б в каждом их них.
2. Самолет по п.1, отличающийся тем, что все попарно идентичные каналы (основной канал А и резервный канал Б) блоков вычислителей-концентраторов, блоков преобразования сигналов и блоков коммутации и защиты постоянного и переменного электрического тока снабжены встроенными средствами контроля работоспособности, позволяющими в результате сравнения расчетов и показаний в каждом основном канале каждого основного блока в случае их несовпадения определить отказавший канал и перейти к использованию работоспособного резервного канала в этом же блоке, а в случае отказа этого резервного канала перейти к использованию основного канала А резервного блока с повторением аналогичных процедур для основного канала А и резервного канала Б указанного резервного блока.
3. Самолет по п.1, отличающийся тем, что для передачи управляющих команд в режиме ручного управления размещенный в кабине пилотов комплексный потолочный пульт подключен к общесамолетному оборудованию по двунаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, соответствующему стандарту ARINC-825, а к самолетным системам - по однонаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, соответствующему стандарту ARINC-429.
4. Самолет по п.1, отличающийся тем, что для передачи управляющих команд в режиме автоматического управления блоки вычислителей-концентраторов подключены к общесамолетному оборудованию по двунаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, соответствующему стандарту ARINC-825, а к самолетным системам - по однонаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, соответствующему стандарту ARINC-429.
5. Самолет по п.1, отличающийся тем, что система управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами подключена к бортовой вычислительной системе самолета по быстродействующему высоконадежному каналу информационного обмена, соответствующему стандарту ARINC-664.
6. Самолет по п.1, отличающийся тем, что система управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами подключена к бортовой вычислительной системе самолета по двунаправленному мультиплексному каналу информационного обмена, соответствующему стандарту ARINC-825.
