Владимир Живетин - Методы и средства обеспечения безопасности полета

Проблема повышения безопасности и эффективности полета летательного аппарата всегда была и остается актуальной для авиастроителей, систем власти [13]. Для решения этой проблемы в настоящее время разработаны методы расчета систем и технических средств обеспечения безопасности пилотирования. На основе этих методов в монографии разработан метод анализа и синтеза систем предупреждения критических режимов (СПКР).

Статистика показывает, что параметры, обусловливающие катастрофу ЛА, можно разбить на три основные группы:

– траектории (положение ЛА относительно центра тяжести, отклонение его от заданной траектории, в том числе отклонение от высоты и боковое отклонение, тяга двигателя, угол атаки, перегрузка, подъемная сила);

– жизнеобеспечения (давление воздуха в кабине, содержание кислорода и прочее);

– приводящие к возникновению пожара.

Ограничимся рассмотрением параметров траектории движения, измеренных в текущий момент времени, и параметров траектории на отрезке времени.

Некоторые из этих параметров практически не меняются во время эксплуатации, например многие геометрические размеры, а другие могут существенно изменяться в полете. На эти изменяющиеся параметры накладываются определенные ограничения – задаются допустимые пределы их изменения. Достижение или превышение допустимых пределов параметрами движения, которые обычно называются критическими, является весьма опасным, поскольку оно связано с аварией или катастрофой ЛА.

Например, превышение критических значений угла атаки приводит к сваливанию ЛА на крыло с последующим переходом к самовращению. Достижение критической скорости флаттера приводит к быстро увеличивающемуся по амплитуде колебанию и разрушению крыла. Для ряда параметров движения достижение критических значений связано с потерей устойчивости, управляемости, маневренности.

Таким образом, когда параметры ЛА находятся в допустимой области, полет является безопасным, а выход на границу допустимости и за нее приводит к опасной ситуации, и, как правило, к катастрофе. Возникает необходимость использования соответствующих систем ограничения параметров движения или предупреждения экипажа о достижении параметром движения допустимых или критических значений. К группе параметров, ограничение которых связано с безопасностью полета, принадлежат такие параметры движения, как угол атаки α, вертикальная перегрузка n y , число Маха М и др.

Многие из этих параметров зависят от изменения высоты полета, полетной массы и других параметров. Это затрудняет работу летчика, требует от него дополнительных затрат времени для оценки допустимости того или иного режима полета. В некоторых особо сложных случаях резерва времени и внимания летчика на эти дополнительные затраты может не хватить. В результате создаются предпосылки к непроизвольному выходу ЛА на критические режимы полета. Поэтому с точки зрения обеспечения безопасности полета большую роль играет наличие у самолета естественных или специально введенных признаков, отчетливо и заблаговременно предупреждающих летчика о приближении критических режимов.

Применение систем оповещения экипажа о приближении критических режимов одновременно с обеспечением высокой степени безопасности полета позволяет реализовывать максимальные маневренные возможности ЛА.

В настоящее время используется два пути повышения безопасности полета:

– своевременное оповещение летчика о близости опасных режимов полета путем световой, звуковой или тактильной сигнализации;

– введение в систему ручного пилотирования специальных устройств, которые автоматически ограничивают отклонение управляющих поверхностей ЛА по сигналам вычислителя, не допуская критических ситуаций.

Предметом дальнейшего изучения является система, под которой будем понимать совокупность объектов любой природы, находящихся в определенных отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность, единство.

К классу таких систем относятся объекты машиностроения: самолеты, вертолеты, железнодорожные и автомобильные объекты, объекты речного и морского транспорта. В дальнейшем мы будем рассматривать только авиационные объекты, все остальные системы являются частным случаем.

Самолет, как и всякая система, может быть рассмотрен как элемент системы более высокого порядка – макроавиационной системы, которая в свою очередь является подсистемой экономической системы и т. д.

Самолет относится к классу систем, в которых осуществляются процессы передачи информации, управления и формирования энергетического потенциала [2, 3]. К особенностям таких систем отнесем следующие:

– в процессе функционирования систем решается множество задач, некоторые из них в силу объективных или субъективных причин оказываются противоречивыми по отношению к основной цели;

– функционирование всегда протекает при той или иной неопределенности условий, включая внешнюю среду, внутренние свойства самой системы;

– на процесс функционирования системы, как правило, большое влияние оказывает человек;

– в процессе функционирования происходят процессы старения, деградации, изнашивания, разрушения или развития (по воле человека) подсистем.

Для достижения заданной цели, например осуществления перевозки пассажиров, в системе используется соответствующий алгоритм функционирования, реализованный в виде некоторой материальной структуры, содержащей средства целепологания (полет по заданному маршруту), средства контроля, обработки информации, управления, реализации необходимых действий.

В общем случае, когда рассматривается модель создания (в том числе проектирования) и эксплуатации самолета, система, синтезированная на структурно-функциональном уровне, представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1

На рис. 1.1. приведены условные обозначения: R i – ресурсы i -й системы ; δ i – погрешности, созданные i -й системой в процессе реализации своих функциональных возможностей.

Структура системы реализации жизненного цикла нового самолета включает следующие этапы: целеполагание, целедостижение, целереализацию, оценку достигнутого. Каждый этап жизненного цикла реализуется посредством комплекса работ, выполняемых профессионалами различного уровня с использованием научных знаний и технических средств.