CC BY
24УДК 681.518.3
DOI: 10.24412/CL-35807-2022-1-31-35
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ УПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫМ ПОЛЕМ КАБИНЫ ГРАЖДАНСКОГО САМОЛЕТА
DEVELOPMENT OF METHODS FOR CONTROLLING THE INFORMATION FIELD OF THE COCKPIT CIVIL AIRCRAFT
Силин Н. Д., аспирант, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)», e-mail: Ndsilin@mail.ru, Иванов А. С., аспирант, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)», e-mail: Ivanovas2@mai.ru, Неретин Е. С., заведующий кафедрой, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)», e-mail: E.S.Neretin@mai.ru
Silin N. D., post graduate student, Moscow
Aviation Institute (National Research University),
e-mail: Ndsilin@mail.ru,
Ivanov A. S., post graduate student, Moscow
Aviation Institute (National Research University),
e-mail: Ivanovas2@mai.ru,
Neretin E. S., head of department, Moscow
Aviation Institute (National Research University),
e-mail: E. S.Neretin@mai.ru
Аннотация. В работе предлагается архитектура имитационного комплекса системы индикации перспективного гражданского самолета в составе стенда прототипирования, позволяющая на ранней стадии разработки валидировать логику и внешний вид индикации, благодаря чему существенно снижаются материально-временные затраты на разработку.
Annotation. The architecture of perspective aircraft cockpit indication system simulator was proposed. This solution allows to significantly reduce the application development cost due to validation of logic and appearance ofindication at an early stage.
Ключевые слова: гражданский самолет, кабина экипажа, эргономика, бортовое оборудование, стенд прототипирования кабины.
Keywords: civil aircraft, aircraft cockpit, ergonomics, avionics, logic integration bench.
Введение
Одним из основных направлений развития самолетов транспортной категории является повышение уровня автоматизации управления. Однако, несмотря на это, одной из основных причин возникновения авиационных катастроф является ч еловеческий фактор. Ошибочные действия экипажа могут вызываться различными причинами, например, во время полета могут возникать ситуации, при которых уровень рабочей нагрузки повышается до такого уровня, при котором экипаж может испытывать стресс, что может приводить к ошибкам в принимаемых решениях [1, 2].
Для снижения нагрузки на экипаж при разработке кабин самолетов большое внимание уделяется созданию интуитивно-понятного представления большого количества информации, требуемой в полете, и оптимизации количества действий, совершаемых пилотами.
На современных самолетах основным средством отображения информации являются широкоформатные индикаторы. Вместе с большим количеством различных органов управления они составляют информационно-управляющее поле кабины, которое является одной из самых функционально нагруженных частей самолета.
В зависимости от этапа полета и выполняемых задач отображаемая информация может быть сконфигурирована в раз-
личных вариантах. Конфигурация осуществляется с помощью большого количества различных устройств — кнопок, кремальер, трекболов и т. д., которые располагаются в различных частях кабины. При этом, как правило, отсутствует единый подход к управлению элементами индикации. Все это приводит к возрастанию нагрузки на экипаж.
В данной работе предложена методика управления информационным полем кабины, позволяющая значительно снизить нагрузку на экипаж за счет применения единого подхода к управлению всеми элементами индикации.
Анализ существующих решений
В данном разделе представлены результаты анализа кабин в части систем индикации современных самолетов транспортной категории: Airbus A350, Airbus A220, Boeing 787 и МС-21.
Типовой состав всех рассмотренных систем следующий. В штатной конфигурации на внешних индикаторах отображаются основной пилотажный кадр (Primary Flight Display (PFD)) и индикатор горизонтальной обстановки (Horizontal Situation Indicator (HSI)). Остальные индикаторы являются многофункциональными, то есть отображаемая на них информация может быть сконфигурирована в различных вариантах. Вся информация, необходимая для экипажа для выполнения полетов, содержится на следующих кадрах:
— синоптических (Synoptics (SYN)), на которых отображается информация о состоянии различных самолетных систем. Как правило, это — система управления, система электроснабжения, гидравлическая система, система кондиционирования воздуха, топливная, система дверей, люков и аварийно-спасательных трапов, система торможения колес;
— комплексном индикаторе навигационной остановки (Navigation Display (ND)) в различных режимах отображения;
— виртуальном пульте управления системой самолетовождения (Flight Management System Virtual Control Panel (FMS VCP));
— виртуальном пульте управления радиосредствами (Radio Management System Virtual Control Panel (RMS VCP));
— кадре со сводной информацией о состоянии самолетных систем (STATUS);
— кадре контрольных проверок (Checklists (CHKL));
— кадре отображения параметров двигателя и предупреждающих сообщений (Engine and Warning Display (EWD)), на котором представлены основные параметры двигателей, данные о механизации, температуре за бортом и в пассажир -ском салоне и другие данные о полете, а также зона с текстовыми сообщениями об отказах и рекомендациями по действиям экипажа.
3 S*. QQQQS ЕЭ о BQ^QSI
апаоааиааэ паааааапез ааоааааа=ц
ШЁ/ГжS ООО
Щ ООО ООО ООО
EFIS CP
Рис. 1. Пульты управления на самолете Airbus A350
1234567В9012345678901234
□ о о о
□□□□ап^ооон
□овошаоооон
□^□□□□ОвООН
' QQ ^^J ЕЗ
MKP
CCP
CTP
Рис. 2. Пульты управления на самолете Airbus A220
На самолете Airbus A350 управление информационным полем происходит с помощью следующих пультов, показанных на рисунке 1 [3]:
— пульт управления электронной централизованной функцией мониторинга (Electronic Centralized Aircraft Monitoring Control Panel (ECAM CP)), предназначенный для доступа к синоптическим кадрам индикации, перемещению по конфигурационному меню, управления сообщениями и т. д. и располагающийся на центральном пьедестале;
— блок управления курсором и клавиатурой (Keyboard and Cursor Control Unit (KCCU)), предназначенный для взаимодействия с интерактивными элементами индикации и располагающийся на центральном пьедестале;
— пульт управления системой электронных пилотажных приборов (Electronic Flight Instruments System Control Panel (EFIS CP)), предназначенный для управления PFD и ND и располагающийся в верхней части основной приборной панели.
На самолете Airbus A220 управление информационным полем происходит с помощью следующих пультов, показанных на рисунке 2 [4]:
— многофункциональная клавиатура (Multifunctional Keyboard Panel (MKP)), предназначен -ная для ввода текстовой информации, управления отображаемыми страницами индикации, осуществления навигации по элементам индикации, которая располагается на центральном пьедестале;
— пульт управления курсором (Cursor Control Panel (CCP)), предназначенный для взаимодействия с интерактивными элементами индикации, который также располагается на центральном пьедестале;
— пульт управления системой электронных пилотажных приборов (Control Tuning Panel (CTP)),
предназначенный для управления PFD и ND и настройки радиосредств, который располагается на передней панели кабины.
На самолете Boeing 787 управление информационным полем происходит с помощью следующих пультов, показанных на рисунке 3 [5]:
— пульт управления электронной системой отображения полетной информации (Electronic Flight Information System Control Panel (EFIS CP)), предназначенный управления кадрами PFD и ND и располагаемый на передней панели;
— многофункциональная кнопочная панель (Multifunctional Keypad (MK)), предназначенная для ввода текстовой информации, управления конфигурацией отображаемых страниц на нижнем индикаторе, управление курсором и т. д., располагаемая на центральном пьедестале;
— пульт выбора страниц индикации (Display Select Panel (DSP)), предназначенный для реконфигурации отображаемых страниц и располагаемый на передней панели;
— пульт управления системой электронных пилотажных приборов (Cursor Control Device (CCD)), предназначенный для взаимодействия с интерактивными элементами индикации и располагаемый на центральном пьедестале.
На самолете МС-21 для управления информационным полем используется два пульта, показанные на рисунке 4 [6]:
— пульт управления индикацией (Display Control Panel (DCP)), предназначенный управления кадрами PFD и ND и располагаемый на передней панели;
— пульт трекбол (Trackball Control Panel (TCP)), предназначенный для взаимодействия
MK CCD
Рис. 3. Пульты управления на самолете Boeing 787
DCP TCP
Рис. 4. Пульты управления на самолете МС-21
с интерактивными страницами, управления конфигурацией отображаемых страниц и располагаемый на центральном пьедестале.
Все рассмотренные комплексы включают в свой состав несколько пультов управления информационным полем кабины. При этом данные пульты располагаются в разных частях кабины. Это приводит к тому, что в случае необходимости изменить конфигурацию отображаемой информации, пилоту требуется совершить множество действий, при этом несколько раз перемещая фокус внимания. Очевидно, что при данном подходе нагрузка на экипаж значительно увеличивается.
Предлагаемое решение проблемы
Ввиду отсутствия подходящих решений на современных самолетах транспортной категории проведен анализ в смежных отраслях. Наиболее подходящим для предложенной методики оказались пульты управления типа Rotary Knob, широко применяемый в автомобильной промышленности и используемый на некоторых самолетах бизнес класса. В состав таких пультов входят
кнопки и поворотно-нажимной механизм. На рисунке 5 показаны решения производителей Audi, BMW и Mercedes.
Выбор обусловлен тем, что данное решение обладает такими преимуществами, как простое конструктивное исполнение, невысокая цена производства и минимальные затраты на модернизацию кабин при внедрении.
В данной работе предлагается применение подобного пульта для управления информационным полем кабины самолетов транспортной категории.
Описание разработанной методики приведено в приложении 1.
Принципы, лежащие в основе разрабатываемой методики:
— минимизация действий, необходимых для выбора требуемой конфигурации информационного поля;
— возможность идентичного управления информационным полем с двух сторон кабины для обеспечения резервирования в случае отказа одного из пультов;
Рис. 5. Пульты управления типа Rotary Knob, применяемые в автомобильной промышленности
— обратная связь для привлечения внимания в случае нештатных событий.
При создании имитационного комплекса использовалось:
— среда ANSYS SCADE для разработки моделей оборудования системы индикации;
— среда MATLAB/Simulink для разработки моделей окружения системы индикации;
— среда Avionics Development System (ADS) компании TechSat для интеграции имитационного комплекса на стенд прототипирования;
— язык программирования Python для интеграции физического пульта управления типа Rotary Knob на стенд прототипирования.
В настоящий момент проводится множество исследований по модернизации информационного поля кабины. Значительная д оля д анных исследований направлена на изучение возможности применения сенсорных индикаторов в кабине. Данная технология обладает рядом преимуществ перед традиционными средствами, такими как интуитивность управления и более высокая скорость выполнения необходимой задачи. Однако в настоящий момент подобные решения не применяются на самолетах транспортной категории для выполнения критичных функций в связи с отсутствием необходимых технологий. Также применение сенсорных дисплеев требуем пересмотра философии кабины.
Предполагаемая методика базируется на использовании пульта управления, не применявшемся на самолетах транспортной категории ранее для выполнения подобных задач. Однако технология его изготовления хорошо известна и устройства имеют высокую надежность, что позволяет их применять для выполнения функции управления информационным полем. При этом для применения предлагаемого решения требуется минимальная модернизация кабины. Предлагаемая методика может быть доработана для совместного применения сенсорных дисплеев и пульта управления типа Rotary Knob, которая
обеспечит наилучшее эргономическое качество кабины.
В качестве существующего научно-технического задела:
— проведен анализ требований нормативной документации к информационному полю кабин гражданской авиационной техники;
— проведен анализ существующих решений на самолетах, представленных на рынке;
— разработана методика управления информационным полем кабины;
— разработано программно-алгоритмическое обеспечение имитационного комплекса системы индикации самолета МС-21;
— разработано программно-алгоритмическое обеспечение окружения имитационного комплекса и выполнена интеграция на стенд прототи-пирования;
— проведена апробация разработанной методики в рамках стендовых испытаний системы индикации самолета МС-21 с участием летного состава, подтвердившее его эффективность.
Использование разработанной методики позволяет существенно повысить безопасность полетов за счет снижения нагрузки на экипаж. Разработанный имитационный комплекс, в свою очередь, может быть доработан для использования в ц елях обучения л етного состава работе с ин-формационным-управляющем полем кабины.
Разработанная методика апробирована в рамках испытаний на стенде прототипирования с участием летного состава различного класса — летчиков-испытателей, летчиков-сертификаторов и линейных пилотов. Применение методики позволило сократить количество необходимых действий и перемещений фокуса внимания при изменении конфигурации информационного поля. По результатам испытаний было подтверждено, что ее применение существенно снижает нагрузку на экипаж и может обеспечить конкурентное преимущество разрабатываемого самолета на рынке.
Список литературы
1. Rouwhorst W. et al. Use of touch screen display applications for aircraft flight control, 2017 IEEE/AIAA 36th Digital Avionics Systems Conference (DASC), St. Petersburg, FL, 2017, pp. 1—10.
2. Socha V. et al. Air accidents, their investigation and prevention, exclusive e-JOURNAL, ISSN 1339-4509, Oct 2014.
3. Airbus Group SE, Airbus A350 Flight Crew Operating Manual, Jan 2019. 4 Airbus Group SE, Airbus A220 Flight Crew Operating Manual, Aug 2018.
4. The Boeing Company, Boeing 787 Flight Crew Operating Manual, Feb 2010.
5. ООО «ОАК — Центр Комплексирования» «EC.202.MC-21.14.000568-04 «Процедуры работы с пультами и органами управления БРЭО», 2017.
