CC BY
2
ALGORITHM FOR APPLYING MOBILE GROUND ROBOTIC TARGET COMPLEX WHEN CONDUCTING AIRCRAFT
TESTS
А.I Gorokh, A.S. Molchanov
The article discusses the algorithm for using a mobile ground robotic target system to train flight crews for the use of aviation weapons against moving targets, as well as for testing new (modernized) weapons and sighting systems. To solve this problem, it is necessary to create a system of moving target environments that maximally simulates the characteristics of real targets of a potential enemy.
Key words: robotic tractor, target complex, miss detection system.
Gorokh Arthur Igorevich, head of department, artur.gorokh@mail. ru, Russia, Akhtubinsk, Military unit 22139,
Molchanov Andrey Sergeevich, doctor of technical sciences, docent, head of department, andryoe@yandex. ru, Russia, Akhtubinsk, Military unit 15650
УДК 629.7.05
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-8-303-304
ЗАДАЧА ОПТИМИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЭКИПАЖА
С.В. Кучевский
В статье рассмотрена задача оптимизации управлением системой обеспечения жизнедеятельности экипажа воздушного судна. В основу решения задачи положены математические выражения, позволяющие управлять средствами регулирования давления противоперегрузочной системы, системы автоматического регулирования давления воздуха и кислородного оборудования воздушного судна.
Ключевые слова: система обеспечения жизнедеятельности, система регулирования давления, противо-перегрузочный костюм, система кислородного питания.
Обеспечение безопасности полетов является основной задачей при выполнении полетного задания [1]. Поэтому задачу обеспечения сохранности жизни и здоровья экипажа необходимо решать путем усиления защитных свойств системы «летчик-воздушное судно» с помощью создания бортовых комплексных систем обеспечения безопасности полета [2-5].
Важной особенностью таких систем является возможность формирования управляющего сигнала и по его значению - реализация защитного управления системами обеспечения жизнедеятельности экипажа, а также системами воздушного судна для парирования опасной ситуации в полете и предотвращения возникновения авиационного происшествия [6-8].
Проведенный анализ методов и средств защиты экипажа от воздействия неблагоприятных факторов полета показал, что основой такой защиты является профилактическая и информационная направленность [6, 9, 10]. В связи с этим, стоит острая необходимость освоение новых путей повышения обеспечения жизнедеятельности экипажа воздушного судна. Одним из этапов является оценка степени развитости свойств таких системы.
Для анализа свойств систем применяются аналитические и статистические показатели [11, 12]. Они могут подразделяться на абсолютные и относительные, общие и частные [13]. За аналитический показатель принимаем вероятность завершения полета без возникновения авиационного происшествия, связанного с воздействием неблагоприятных факторов полета на экипаж и обозначим его Рви(Г). Соответственно вероятность возникновения события, связанного с возникновением авиационного происшествия, обозначим Рап(Г). Так как одновременное возникновение этих событий невозможно, то выполняется равенство:
РБП (t ) = 1 - Рап (t).
В качестве основных частных аналитических показателей, связанных с возникновением авиационного происшествия в полете используем:
1. Вероятность не появления аварийного фактора P$(t), то: РБП (t) = Рф (t).
2. Вероятность парирования возникшего аварийного фактора Риф(0, при возникновении аварийного фактора Qф(t) то:
Рбп (t ) = Qф (ОРпф (t ).
3. Вероятность того, что летчику не удалось парировать воздействие аварийного фактора Q«An(t), но он попытается предотвратить авиационное происшествие Р«ап(0, то:
Рбп (t ) = qф Шап (t )Рап (t).
Соответственно, вероятность того, что полет завершится благополучно по аварийному фактору, возникшему в полете, выразим формулой на основе теоремы сложения вероятностей:
Рбп (о=аф (овплп с)РАП (о+аф СОрф СО+рФ СО ,
преобразуем:
Рбп СО=Рф а)+аф а)(впал а)Рап а)+Рпф СО) ■
Таким образом, для обеспечения безопасности полетов необходимо учитывать множество факторов, основным из которых примем обеспечение жизнедеятельности экипажа [14]. В свою очередь, требуется определить наиболее опасные факторы полета, методы повышения надежности функционирования средств защиты от них и пути совершенствования принципов их управления и регулирования [15, 16]. Также целесообразно проводить работы по созданию и реализации принципов, методов и средств, позволяющих активно и непосредственно влиять на состояние экипажа в каждом полете.
При этом, задача обеспечения жизнедеятельности экипажа должна рассматриваться как часть процесса управления. Применительно к отдельно взятому полету - это будет одна из функциональных задач, которая решается совместно бортовыми системами воздушного судна и экипажем. Решение такой задачи достигается путем применения новых методов и технологий съема, обработки информации и на основании полученных результатов управлением системой.
Для обеспечения безопасности функционирования членов экипажа в полете, а также его взаимодействия с техническими средствами в системе «экипаж-воздушное судно», целесообразно применение информационно-управляющей системы [8]. Разработку и эксплуатацию бортовой информационно-измерительной системы, обеспечивающую автоматическую или совместную с экипажем формирование управляющего воздействия, направленного на предотвращение или компенсацию воздействия неблагоприятных факторов полета на состояние экипажа, необходимо рассматривать как отдельное научно-техническое направление - активное обеспечение жизнедеятельности экипажа [2-5].
Особенность разработки информационно-измерительной системы средств обеспечения жизнедеятельности (ИИС СОЖ) основывается на анализе текущего состояния экипажа и оценке возникновения опасной ситуации в полете. Условия обеспечения жизнедеятельности и парирования воздействия неблагоприятных факторов полета на экипаж необходимо рассматривать с точки зрения прогнозирования возможных последствий по полученной текущей информации. Особое внимание при этом уделяется оптимальному управлению средствами защиты и информационному обеспечению экипажа, а также взаимодействия с другими бортовыми комплексами [17-19].
Необходимо учитывать, что для решения задач ИИС СОЖ требуется сформировать базу данных включающей информацию о функциональном состоянии летчиков (артериальное давление, пульс, содержание кислорода в крови и т.д.). Такая информация может быть получена путем медицинского исследования летного состава в спокойном состоянии и под нагрузкой. По результатам исследований необходимо сформировать базу данных, которая содержит актуальные данные и, по сути, является эталонным значением для сравнения с текущим состоянием экипажа. С учетом наличия обобщенных данных получаем оптимальные уровни защиты экипажа от воздействия различных неблагоприятных факторов полета [6].
Для формирования управляющего сигнала необходимо алгоритмическое обеспечение, учитывающее все возможные результаты. В свою очередь, чем информации больше, и она достовернее, тем точнее формируемый сигнал. Также требуется учитывать характеристики создания ИИС, такие как эффективность - улучшение работы системы, полноту (глубину) выполняемых функций - показывает какая часть контролируемого или управляемого объекта охвачена, достоверность - точность измерения контролируемых параметров, надежность - выбираются с учетом особенностей назначения системы, быстродействие - среднее время выполнение операций (измерение, контроль, сравнение, управление, диагностика).
Далее необходимо учитывать качество технического выполнения управляющего воздействия. Обоснование требований к техническим средствам производится с учетом надежности, безотказности и точности выполнения задания.
С учетом вышеизложенного, выполнение задачи обеспечения жизнедеятельности экипажа решается через эффективность выполнения определенного набора функций Рсож, которая должна быть максимальной:
р = р р р
1 сож 1 п1 д1 кг '
где Рп - вероятность парирования разнонаправленных перегрузок; Рр - вероятность парирования перепадов давления; Ркг - вероятность парирования кислородного голодания.
Основная трудность создания ИИС СОЖ состоит в удовлетворении множества противоречивых и одновременно воздействующих требований. Максимальное удовлетворение всем требованиям обеспечивается путем решения оптимизационной задачи, учитывающей все параметры решаемой задачи.
В качестве исходных данных для решения оптимизационной задачи работы противоперегрузочной системы
используем информацию о программном давлении в камерах противоперегрузочного костюма, текущем давлении в
камерах противоперегрузочного костюма, характеристиках регулирующих органов, значениях перегрузки:
р = ( рпРог■ рпек■ Кп) Рп -НГППК' ппк 'Р'Пу)
Представим управление органами регулирования противоперегрузочного костюма в виде функционала
[20]:
Рп = |Ч №(0 -РППО?-«]2* ^ ш!п , к
где РпППпк(1) - программное давление в камерах противоперегрузочного костюма, формируемое с учетом медико-технических требований обеспечения безопасности членов экипажа в экстремальных условиях маневренного полета; РппК - текущее (истинное) давление в камерах противоперегрузочного костюма; 8Рппк) = РппкС*)-РппкС1) -отклонение фактического давления от программного давления; Ч - нормирующий коэффициент.
Представленный функционал характеризует «расстояние» между значениями текущего давления в камерах противоперегрузочного костюма и значениями давления по программе регулирования и является «мерой» близости этих давлений.
В качестве исходных данных для решения оптимизационной задачи работы системы регулирования давления воздуха в кабине используем информацию о текущем давлении в кабине воздушного судна, текущее атмосферное давление, требуемое программное давление в кабине, характеристиках регулирующих органов:
Рд = f( РПГ' РТ' FnF).
Применим оптимизационную задачу к системе автоматического регулирования давления воздуха в гермокабине воздушного судна [21]:
tj
Рд = \[Р/ег'(0 -РкМд (012dt ^ min,
to
где ркрег' - давление регулирования, Р^ - идеальное давление в ГК, согласно программного значения, t0,tj - интервал регулирования.
Этот функционал стремиться к минимальному значению, чтобы свести возникновение ошибки регулирования давления воздуха к наименьшему значению. При решении поставленной задачи накладывается ряд ограничений, в
частности ограничения касаются скорости изменения давления воздуха в гермокабине Рк < Рдоп' и количеством подаваемого воздуха (конструктивные особенности регулятора подачи и регулятора давления).
Таким образом, решение представленного функционала позволяет оптимально управлять регулированием давления воздуха в гермокабине. Управление проходным сечением регулирующих органов позволяет наиболее точно выполнять требуемую программу регулирования давления воздуха в гермокабине при накладываемых ограничениях по скорости изменения давления воздуха в герметической кабине.
Для обеспечения работы системы кислородного питания используем информацию о заданном, текущем и установившемся давлении в кислородной маске, заданное избыточное давление, управляющее воздействие подачи кислорода в систему:
Ркг = f(Ps, Р т, Ру, Рзи, GkК).
Применительно к системе кислородного питания оптимизационную задачу запишем в виде функционала
[2]:
tj
Ркг = I [ßj(P3 - Ру )2 +ßi(P3 - Рт (t))2]2 dt ^ min ,
t0
где Рз - заданное давление в кислородной маске; Ру - установившееся давление в кислородной маске; Рт(t) - текущее давление в кислородной маске; ßi, ß2 - весовые коэффициенты.
Соответственно, при решении представленного функционала необходимо учитывать объем камер, подачу кислорода, скорость перемещения дыхательной камеры.
Таким образом, решение отдельно взятых оптимизационных задач в позволяет повысить эффективность выполнения функций Рсож, тем самым повысить качество технического выполнения управляющего воздействия системы обеспечения жизнедеятельности экипажа в полете при воздействии на него неблагоприятных факторов полета.
Разработанный подход позволяет обосновывать тактико-технические требования к системам обеспечения жизнедеятельности экипажа на этапе проектирования с учетом обеспечения заданной эффективности выполнения задач. Этот подход может быть применен на этапах модернизации существующих систем обеспечения жизнедеятельности экипажей воздушных судов. Исходя из этого, в целом повышается безопасность полетов и, как следствие, эффективность выполнения полетного задания.
Список литература
1. Человек и безопасность полетов: Научно-практические аспекты снижения авиационной аварийности по причине человеческого фактора. М.: Когито-центр. 2013. 288 с.
2. Кучевский С.В., Дворников М.В., Писарев А.А. Состояние и перспективы развития системы обеспечения жизнедеятельности экипажа бое-вого воздушного судна // Актуальные вопросы исследований в авионике: теория, обслуживание, разработки: монография / Под ред. В.Н. Букова. Воронеж: Научная книга, 2020. С. 270-287.
3. Гузий А.Г., Кукушкин Ю.А., Богомолов А.В. Методология стабилизации функционального состояния оператора системы "человек-машина" // Мехатроника, автоматизация, управление. 2002. № 5. С. 9-14.
4. Кукушкин Ю.А., Богомолов А.В., Гузий А.Г. Принципы построения системы обеспечения жизнедеятельности операторов систем "человек-машина", адаптивных к их функциональному состоянию // Мехатроника, автоматизация, управление. 2005. № 3. С. 50-54.
5. Гузий А.Г., Кукушкин Ю.А., Богомолов А.В. Теоретические основы функционально-адаптивного управления системами "человек-машина" повышенной аварийности // Мехатроника, автоматизация, управление. 2005. № 1. С. 39-45.
6. Кучевский С.В. Анализ состояния информационно-измерительных систем контроля состояния экипажей // Математические методы в технологиях и технике. 2022. №9. С. 40-45.
7. Бухтияров И.В., Усов В.М., Дворников М.В., Кукушкин Ю.А., Чернуха В.Н., Сухолитко В.А., Богомолов А.В., Кантор П.С., Сударев А.М. Технология биоадаптивного управления функционированием средств обеспечения жизнедеятельности человека в условиях измененной газовой среды // Безопасность жизнедеятельности. 2004. № 5. С. 32-36.
8. Солдатов А.С. Концепция создания перспективной информационно-измерительной системы для летных испытаний авиационной техники с применением технологий Индустрии 4.0 // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2021. № 20. С. 167-177.
9. Кукушкин Ю.А., Дворников М.В., Богомолов А.В., Шишов А.А., Сухолитко В.А., Симоненко А.П., Степанов В.К. Особенности поддержки принятия решений по устранению особых событий и опасных состояний летчика в высотном полете // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2009. № 6. С. 74-79.
10. Кукушкин Ю.А., Марков Н.А., Богомолов А.В., Дворников М.В., Шишов А.А. Облик автоматизированных информационных систем персонифицированного оповещения пассажиров воздушных судов в чрезвычайных ситуациях высотного полета // Сибирский пожарно-спасательный вестник. 2020. № 4 (19). С. 44-50.
11. Крохин З.Т., Скрипник Ф.И., Шестаков В.З. Инженерно-организационные основы обеспечения безопасности полетов в гражданской авиации. М.: Транспорт, 1987. 175 с.
12. Актуальные вопросы исследований в авионике: теория, обслужи-вание, разработки: монография / Под ред. В.Н. Букова. Воронеж: Научная книга, 2020. 456 с.
13. Раннев Г.Г., Тарасенко А.П. Методы и средства измерений. М.: Издательский центр «Академия», 2010. 336 с.
14. Рискометрия функциональной надёжности лётчика. М.: Физматлит, 2022. 288 с.
15. Дворников М.В., Кукушкин Ю.А., Богомолов А.В., Матюшев Т.В. Технология синтеза законов управления человеко-машинными системами, эксплуатируемыми в условиях высокого риска гипоксических состояний человека // Двойные технологии. 2014. № 1 (66). С. 8-11.
16. Солдатов А.С., Осипов А.А., Щербаков И.В. Облик информационно-измерительной системы сбора и обработки результатов летного эксперимента // Математические методы в технологиях и технике. 2022. № 8. С. 3538.
17. Кукушкин Ю.А., Дворников М.В., Богомолов А.В., Матюшев Т.В., Поляков А.В. Математическое обеспечение рискометрии состояний человека в экстремальных и аварийных ситуациях, сопряженных с гипоксиче-ским воздействием // Безопасность жизнедеятельности. 2012. № 10 (142). С. 25-33.
18. Замятин В.Г., Кастерский С.М., Харьков В.П., Чернуха В.Н. Синтез элементной базы цифровой бортовой кислородной системы // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2016. Т. 14. № 7. С. 18-27.
19. Чернуха В.Н., Кастерский С., Суворов А.В. Синтез управления ограничениями скорости изменения давления в герметической кабине самолета // Наукоемкие технологии. 2022. Т. 23. № 6. С. 39-49.
20. Кучевский С.В., Онуфриенко В.В. Повышение защиты экипажа истребителя от перегрузок маневрирования // Труды XIV Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». Новосибирск. 2013. С. 316-320.
21. Кучевский С.В., Гервальд А.В., Онуфриенко В.В., Титов Ю.П. Способ оптимизации регулирования давления воздуха в герметической кабине воздушного судна // Труды МАИ. Выпуск №92. 2017. С. 1-18.
Кучевский Семён Викторович, канд. техн. наук, старший преподаватель, _ [email protected], Россия, Воронеж, Военно-воздушная академия им. профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина
THE TASK OF OPTIMIZING THE MANAGEMENT OF THE CREW LIFE SUPPORT SYSTEM
S.V. Kuchevsky
The article considers the problem of optimizing the management of the life support system of the aircraft crew. The solution of the optimization problem is based on mathematical expressions that allow controlling the means of regulating the pressure of the anti-overload system, the automatic air pressure control system and oxygen equipment.
Key words: life support system, pressure control system, anti-overload suit, oxygen supply system.
Kuchevsky Semyon Viktorovich, candidate of technical sciences, senior lecturer, _ [email protected] Russia, Voronezh, Air Force Academy named after. Professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin
