CC BY
65
ОЦЕНКА СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОТРАБОТКИ И ПРОВЕРКИ КБО ГРАЖДАНСКИХ САМОЛЕТОВ
А.М. Рогачевский Введение
ОКБ "Электроавтоматика", которое представляет автор, традиционно ведет работы по КБО летательных аппаратов различного назначения в самом широком смысле этого слова: разработка, испытания, поставка опытных образцов, сопровождение эксплуатации, модернизация.
Работы ведутся в соответствии с требованиями ТЗ, в которых в настоящее время значительное внимание уделяется таким вопросам, как финансово-временные затраты на различных этапах жизненного цикла КБО: стоимость и срок появления 1-ого опытного образца, затраты на этапе эксплуатации на проведение технического обслуживания и ремонтов, а также проведение модернизации КБО на протяжении более чем 30-летнего жизненного цикла самолета.
В соответствии с указанными требованиями формулируется следующий критерий разработки КБО: "Минимизация суммарной стоимости КБО, отнесенной ко всему его жизненному циклу с обеспечением возрастающих требований к его эффективности".
Основные способы реализации данного критерия представлены в табл. 1.
№ Этапы жизненного цикла КБО Основные статьи финансово-временных затрат Способы минимизации финансово-временных затрат
1 Приобретение Разработка Стандартизация и унификация аппаратных и программных модулей в целях использования базовых разработок
Испытания (стендовые, наземные, летные) Оптимальные способы и соотношения объемов проверок КБО в стендовых, наземных и летных условиях
Поставка образца КБО Унификация компонентной и элементной базы аппаратуры КБО
2 Эксплуатация Техническое обслуживание и ремонт Отказоустойчивость КБО, реализуемая путем информационной и аппаратурной избыточности. Унификация компонентной и элементной базы аппаратуры КБО
Модернизация Открытая архитектура КБО, реализуемая путем избыточной вычислительной мощности и пропускной способности интерфейсов, стандартизацией и унификацией аппаратных и программных модулей. Загружаемое ПО.
Таблица 1. Критерий разработки КБО - минимизация суммарной стоимости КБО, отнесенной ко всему его жизненному циклу с обеспечением возрастающих требований к его эффективности
Существует два этапа жизненного цикла КБО: приобретение (с подэтапами разработки, испытаний и изготовления опытного образца) и эксплуатация (с подэтапами технического обслуживания, ремонта и модернизации).
Финансово-временные затраты подэтапа разработки могут быть уменьшены стандартизацией и унификацией аппаратных и программных модулей в целях возможности использования базовых разработок, подэтапа испытаний - оптимизацией способов и соотношений объемов проверок в стендовых, наземных и летных условиях.
Стоимость образца КБО может быть уменьшена унификацией компонентной и элементной базы аппаратуры КБО.
На подэтапе технической эксплуатации и ремонта основополагающим является свойство отказоустойчивости КБО, реализуемое путем информационной и аппаратурной избыточности, что позволяет достоверно определить его текущее состояние и реконфигурировать, при необходимости, архитектуру. Важным является также унификация и быстросъемность аппаратуры КБО.
На подэтапе модернизации основополагающим является открытая архитектура КБО, реализованная путем избыточной вычислительной мощности и пропускной способности интерфейсов, реализация загружаемого программного обеспечения, а также унификацией аппаратных и программных модулей.
Назначение и состав КБО
В зависимости от назначения гражданских самолетов (транспортные, грузовые, конвертируемые транспортно-грузовые, для исследования земной поверхности, воздействия на атмосферу, самолеты-салоны и т.д.) требования к КБО также различны. Это либо навигационный комплекс, либо навигационный комплекс с решением дополнительных задач (индикация навигационных параметров; управление общесамолетным оборудованием, индикация и контроль параметров общесамолетного оборудования; выход в точку сброса и управление сбросом грузов; управление аппаратурой воздействия на атмосферу; управление аппаратурой исследования земной поверхности и т. д.).
Однако основное назначение КБО во всех случаях неизменно:
• автоматизированное и ручное самолетовождение с оптимизацией режимов полета по внутренним и зарубежным трассам гражданской авиации;
• управление радиотехническими системами (РТС) в автоматизированном и ручном режимах;
• отображение экипажу пилотажной, навигационной и обзорной информации, а также справочной информации, информации о функционировании КБО, его отказах и неисправностях, рекомендации по парированию отказов и неисправностей;
• контроль технического состояния КБО и, при необходимости, его реконфигурация, а также регистрации, хранение и выдача результатов контроля при техническом обслуживании самолета.
В соответствии с назначением КБО может включать в себя ряд подсистем:
• "Ядро", состоящее из информационно-вычислительной системы (ИВС) и информационно-управляющего поля (ИУП). ИВС организована на базе высокопроизводительных вычислителей, состоящих из унифицированных конструктивных функциональных модулей (КФМ). ИУП комплекса является одной из наиболее важных его частей, так как оно обеспечивает связь пилота с КБО и летательным аппаратом в целом. В состав ИУП входят индикаторы и органы управления. В качестве индикаторов могут быть использованы, например, многофункциональные цветные индикаторы (МФЦИ) с жидкокристаллической панелью, электромеханические индикаторы, индикационная панель пультов управления и индикации (ПУИ). Управляющая часть ИУП может включать клавиатуру ПУИ, кнопочное обрамление МФЦИ и т.д.;
• навигационно-пилотажное оборудование, которое может включать инерциальную систему (ИС), курсовертикаль (КВ), систему воздушной сигналов (СВС) и т.д.;
• радиотехническое оборудование навигации и посадки, которое может включать радиотехническую систему навигации и посадки (РСБН), спутниковую навигационную систему (СНС), доплеровский измеритель скорости и угла сноса
(ДИСС), автоматический радиокомпас (АРК), радиовысотомер (РВ), самолетный ответчик (СО) и т.д.;
• систему автоматического управления (САУ);
• общесамолетное оборудование (ОСО);
• радиосвязное оборудование (РС) и т.д.
Часть указанных систем может входить в состав КБО, часть - являться самолетным оборудованием и взаимодействовать с КБО системами.
Вопрос выбора состава КБО определяется не только техническими причинами.
Поколения цифровых КБО ОКБ "Электроавтоматика"
Поколения цифровых КБО ОКБ "Электроавтоматика представлены в табл. 2.
Поколение КБО Наименование КБО Суть КБО Контроль КБО
Автономный входной контроль систем КБО Стендовый контроль КБО
Назначение Состав Разрабатываемые митаторы с анал. и цифр. интерфейсом Серийные имитаторы с цифр. интерфейсо м Имитаторы с цифровым и аналоговым интерфейсом на базе ПК
I ОЛЬХА НК Полный КПА систем + + —
ПИЖМА НК
ТОПОЛЬ НК + спец.
II МАЛЬВА МАК ИРИС ЦИКЛОН ЧЕРНИКА ЧЕРЕШНЯ НК+ спец.
III ЖАСМИН НК
ВСС-85 Ядро
IV ССИ-80 НК + СЕИ + СУОСО ВСК систем + +
КВСС-74 НК + СЕИ _
КВСС-334 НК + СЕИ
Таблица 2. Обзор методов входного контроля и стендовой отработки КБО
К первому поколению могут быть отнесены КБО, появившиеся в начале 70-х годов, установленные на самолетах Як-42, Ил-86 и Ан-72. Они базировались на 16-разрядном бортовом вычислителе типа БЦВМ20, имеющем быстродействие порядка 200 000 оп/с на операциях типа "сложение", емкость ОЗУ - 2 Кб, ПЗУ - 64 Кб.
Ко второму поколению относятся КБО для самолетов Ан-74 и его модификаций, ТУ-134СХ, Ил-24Н и т.д., ядром которых является доработанный 32-разрядный бортовой вычислитель БЦВМ20.
КБО третьего поколения базировались на БЦВМ80 производительностью 800 тыс. оп/с на операциях типа Я-Я, с емкостью ОЗУ - 32 Кб, ПЗУ - 256 Кб. Они установлены на самолетах ТУ-154М, ТУ-204, Ил-96.
К четвертому поколению относятся КБО для самолетов С-80, Ан-74ТК-300, ТУ-334, находящихся в настоящее время на этапе летных испытаний. Ядро КБО включает ИВС (бортовой 32-разрядный вычислитель БЦВМ90 с производительностью 25 млн. оп/с на операциях типа Я-Я, емкость ОЗУ - 1 МБ, ПЗУ -
4 МБ и развитый интерфейс) и ИУП (пульт ПУИ с экраном 3"х4" и клавиатурой, а также индикаторы МФЦИ с размером экрана 6"х8" с кнопочным обрамлением). Для самолета ТУ-334 ядром КБО является пульт-вычислитель (ПВ), объединяющий функции высокопроизводительного вычислителя и пульта управления.
Входной контроль систем КБО
Отработка КБО на базе предприятия-разработчика представлена в табл. 2 и проводится в два этапа: входной контроль составных частей КБО и комплексная отработка КБО на стенде.
Входной контроль составных частей КБО первого, второго и третьего поколения проводился с помощью контрольно-проверочной аппаратуры (КПА).
КПА разрабатывалась, изготавливалась и поставлялась совместно с поставкой входящих в КБО систем для их автономной проверки.
Для КБО четвертого поколения КПА в основном отсутствует, поскольку развитая система встроенных средств контроля (ВСК), обеспечивающая полноту контроля не менее 0,95, позволяет отказаться от специальной КПА при проведении входного контроля систем и далее на этапе эксплуатации.
Требование проведения подготовки к полетам и всех видов обслуживания КБО в процессе эксплуатации без применения КПА присутствует в ТЗ на КБО четвертого поколения.
Стендовая отработка КБО
Стенд для отработки КБО включает в свой состав жгутовую самолетную схему (фидер), технологические рамы для установки входящих в КБО систем, набор имитаторов взаимодействующих с КБО систем и дополнительное оборудование (стойки, приборная доска, система электропитания, система обдува и т.д.).
КБО первого, второго и частично третьего поколений включало в свой состав не только "ядро", но и широкий набор систем, в связи с чем стенды их отработки требуют установки всего набора входящих в КБО систем, используя имитаторы (как правило, электромеханические аналоговые и громоздкие цифровые) только взаимодействующего с КБО оборудования.
В качестве примера серийно изготавливаемого имитатора с цифровым интерфейсом, используемого при отработке КБО, может быть приведен задатчик кодовой информации (ЗКИ).
ЗКИ обеспечивает:
- задание и выдачу в КБО информационных слов 32-разрядным биполярным последовательным кодом в соответствии с ГОСТ 18977-79 и РТМ 1495-75 (обеспечивается от 1 до 8 слов в цикле с выдачей в асинхронном режиме);
- индикацию выбранного слова в 32-разрядном двоичном коде.
ЗКИ имеет следующие характеристики:
• выдача последовательного кода - с частотой 50 Кбит/с;
• электропитание ~ 200 В, 400 Гц;
• масса - 15 кг.
Такой подход являлся неудовлетворительным, поскольку требовал существенных финансовых и временных средств на доставку входящих в КБО систем, их распаковку, входной контроль, отработку, упаковку и т. д. Поэтому впоследствии в связи с рядом причин (развитие средств вычислительной техники, ограничения экономического и временного характера и т. д.) подход к определению состава и
отработке КБО был изменен. В состав КБО стали включать только "ядро", состоящее из ИВС и ИУП.
В качестве имитаторов взаимодействующего с КБО оборудования начали использовать персональные компьютеры с установленными модулями сопряжения (шина - внешняя среда) и программами, реализующими статические модели взаимодействующих систем.
Так, например, используются модули сопряжения:
• МД01-24 (с 2-мя выходными и 6-ью входными каналами 32-разрядного биполярного последовательного кода, а также с 4-мя входными и 4-мя выходными разовыми командами обрыв/корпус);
• МД03 (с 6-ью выходными каналами 32-разрядного биполярного последовательного кода),
реализующие цифровой интерфейс в соответствии с ГОСТ 18977-79.
В связи с небольшим количество свободных слотов в ПК начали использоваться специальные контейнеры, представляющие собой промышленные ПК, допускающие установку до 20 модулей сопряжения. Подобное использование позволяет минимизировать весогабаритные и стоимостные характеристики имитаторов взаимодействующего с КБО оборудования. Исчезает также необходимость реализации локальной сети для централизованного управления системой моделей.
Так, например, используются модули сопряжения:
• РСЬ-726 (с 6 выходными каналами постоянного или переменного тока, 16 выходными и 16 входными каналами ТТЬ уровня);
• РСЬ-727 ( с 12 выходными каналами постоянного тока, 16 выходными и 16 входными каналами ТТЬ уровня)
и прочие, реализующие цифровой интерфейс в соответствии с ГОСТ 18977-79, а также различные аналоговыми интерфейсами.
Заключение
Анализируя рассмотренные выше способы отработки и проверки КБО гражданских самолетов на базе предприятий-разработчиков, можно предложить следующую технологию проведения данной работы:
• на этапе написания ТЗ на взаимодействующее с КБО оборудование представлять требование его проверки с помощью средств ВСК;
• входной контроль взаимодействующих систем проводить с использованием ВСК;
• при отработке КБО на стенде использовать в качестве имитаторов взаимодействующих систем промышленный ПК с определенными типами и количеством модулей сопряжения, позволяющими реализовать необходимые аналоговые и цифровые интерфейсы. Возможно также использование стандартных ПК с модулями сопряжения, объединенных в локальную вычислительную сеть;
• в качестве моделей взаимодействующих систем использовать математические статические модели, реализующие несколько вариантов наборов входных-выходных параметров каждой системы.
Для повышения качества отработки можно считать перспективным развитие описанной выше технологии отработки КБО, заключающееся в реализации математических динамических моделей взаимодействующих систем, самолета, внешней среды.
