УДК 681.5.01

Разработка метода резервного автоматического счисления пути

Кореннов Михаил Михайлович – студент Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации им. Главного маршала авиации А. А. Новикова

Соколов Олег Аркадьевич – кандидат технических наук, доцент, и.о. заведующего кафедрой «Системы автоматизированного управления» Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации им. Главного маршала авиации А. А. Новикова

Аннотация: Статья представляет описание метода резервного автоматизированного счисления пути, который может быть использован на современных воздушных судах в случае отказа основных навигационных систем как в малой, так и в коммерческой авиации,.

Ключевые слова: высокоавтоматизированные воздушные суда, навигация, счисление пути.

Введение

Современная гражданская авиация идет по пути создания высокоавтоматизированных воздушных судов, в связи с чем разрабатываются и внедряются новые методы и средства управления, навигации, радиосвязи и индикации [1, 2]. При проектировании воздушных судов последнего поколения как отечественного, так и зарубежного производства применятся технология «Glass cockpit». Особенность технологии заключается в том, что приборная доска модернизируется путем замены аналоговых приборов на жидкокристаллические дисплеи, с которых пилот может считывать необходимую информацию о параметрах полета. Данные, отображаемые на жидкокристаллических дисплеях, обрабатываются бортовыми электронно-вычислительными машинами и компонуются в один понятный и эргономичный интерфейс.

Рисунок 1. Типовой интерфейс приборной доски современного воздушного судна.

На рисунке 1. представлен типовой интерфейс приборной доски современного воздушного судна на примере пилотажно-навигационного комплекса Garmin G1000.

С внедрением подобной технологии появилась возможность представления экипажу графической информации, в том числе: в виде карты пролетаемой местности и карты метеорологической обстановки, схемы захода на посадку, функциональных схем самолета и в виде трехмерных изображений. На рисунке 2 представлено типовое представление плана полета в виде графической информации на примере пилотажно-навигационного комплекса Garmin G1000.

Различные автоматические системы, работу которых обеспечивает бортовой компьютер, взяли на себя часть функций бортинженера и штурмана, что позволило сократить состав экипажа до двух человеки, сохраняя уровень интенсивности деятельности пилотов в допустимых пределах [2].

Рисунок 2. Типовое представление плана полета в виде графической информации.

Автоматизация навигационных задач

Лётная эксплуатация воздушных судов экипажами, состоящими из двух пилотов, стала возможна благодаря передаче компьютеру объемных и требующих большого количества вычислений задач. Основные задачи экипажа можно разделить на три группы: пилотирование, навигация, ведение радиосвязи с органами обслуживания воздушного движения. Наиболее объемными, и в то же время наиболее автоматизированными, являются задачи по пилотированию воздушного судна и решению навигационных задач. Процесс автоматизации задач пилотирования происходит за счет внедрения развитых систем, позволяющих бортовому компьютеру анализировать положение воздушного судна в пространстве и отклонять аэродинамические поверхности в зависимости от управляющих сигналов, формируемых экипажем. Современные системы автоматического управления устанавливаются не только на коммерческие воздушные суда с высоким уровнем автоматизации, такие как Airbus и Boenig, но и на воздушные суда малой авиации, такие как Cessna, Piper и Cirrus. Процесс автоматизации решения навигационных задач сводится к контролю бортовым компьютером точности следования воздушным судном заданной пространственно-временной программе полета.

Автоматизация задач навигации на воздушных судах достигается за счет применения бесплатформенных инерциальных (БИНС) и спутниковых навигационных систем (СНС). БИНС основаны на измерении угловых скоростей вращения воздушного судна с помощью кольцевых лазерных гироскопов [1]. Данная система навигации позволяет определить наиболее ответственные параметры полета, необходимые для навигации. К ее существенным недостаткам относятся высокая стоимость, необходимость наличия на борту воздушного судна системы воздушных сигналов для считывания истинной скорости и барометрической высоты, необходимость наличия вычислителя высокой производительности для обработки данных и счисления параметров. СНС использует псевдодальномерный способ определения координат, основанный на измерении дальности до трех спутников от воздушного судна, для счисления пространственного места самолета. Данная система навигации позволяет с высокой точностью определять координаты воздушного судна, используя штатное бортовое оборудование, благодаря чему получила широкое применение не только на коммерческих воздушных судах, но и на воздушных судах малой авиации. Однако каждая из представленных выше высокоавтоматизированных систем навигации имеет вероятность отказа, в следствие которого экипаж может потерять ориентировку, то есть потерять возможность определить местонахождение воздушного судна с допустимой точностью, необходимой для определения дальнейшего направления полета [1].

С учетом вышесказанного, актуальным является разработка резервной навигационной системы, которая позволит экипажам воздушных судов восстанавливать ориентировку в случае отказа основных навигационных систем.

Разрабатываемая система должна соответствовать следующим требованиям: простота конструкции, возможность установки на воздушные суда малой авиации, не оснащенные продвинутыми вычислительными системами, автономность, простота использования. Возможен вариант реализации подобной системы с использованием метода автоматизированного счисления пути.

Метод резервного автоматического счисления пути

Основой навигационных систем является автоматизации счисления пути – способа вычисления текущих координат места самолета по скорости и направлению его движения [3]. В качестве резервной системы наиболее оптимальным решением является использование прокладки пути, то есть определения места самолета путем графического построения на карте элементов пути. Вычислитель резервной навигационной системы, собирая и обрабатывая информацию от системы пространственного положения и курса, БИНС, СНС, системы воздушных сигналов, получает данные о фактических путевых углах пролета и скоростях полета на различных участках пути. На основе этих данных возможна прокладка пути на многофункциональном или навигационном дисплее (при его наличии). При отсутствии многофункционального или навигационного дисплея возможна выдача экипажу информации об участках полета в текстовом виде для дальнейшего построения прокладки пути на бумажных картах. Данная информационная модель поможет экипажу продолжить выполнение полета по заданию в случае отказа основных навигационных систем или восстановить временно потерянную ориентировку, не допуская ее полной потери.

Упрощенная схема работы резервной навигационной системы, представленная на рисунке 3, включает в себя вычислитель резервной навигационной системы, который получает данные от системы пространственного положения и курса, БИНС/ИНС, системы воздушных сигналов  о следующих параметрах полета: курс, временя пролета с данным курсом, путевая скорость, воздушная скорость последние счисленные координаты. После обработки полученных параметров вычислитель резервной навигационной системы выводит на навигационный или многофункциональный дисплей линию пройденного пути.

Рисунок 3. Схема работы резервной навигационной системы.

Заключение

Представлен метод автоматического счисления пути, который может быть реализован на широком спектре современных воздушных судов – от малой до коммерческой авиации. Применение представленного метода резервного автоматического счисления пути позволит достичь более высокой точности и надежности определения места воздушного судна, в случае отказа основных систем навигации, что имеет большое значение для безопасности и эффективности полетов.

Список литературы

1. Аэронавигация. Ч. II. Радионавигация в полете по маршруту: Учебное пособие [Книга] / авт. Сарайский Ю. Н. Липин А. В., Либерман Ю. И. – Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации имени Главного маршала авиации А.А. Новикова, 2021.
2. Летная эксплуатация: Учебник для вузов гражданской авиации. Часть 1 [Книга] / авт. Коваленко Г. В. Микинелов А. Л., Чепига В. Е,. – Санкт-Петербург: Наука, 2016.
3. Самолетовождение [Книга] / авт. Иткинов Х. Г. – Москва: Воениздат, 1981.