Средства сбора и регистрации полетной информации

По статистике причины около 7% авиакатастроф нельзя объяснить. При расследовании летных происшествий (ЛП) и инцидентов прояснить их причины, т.е. ответить на вопрос – «Как это произошло?», сделать выводы и предотвратить будущие ЛП можно используя в качестве дополнительного источника информации данные объективного контроля. При выполнении авиационной деятельности объективный контроль представляет собой технологический процесс регистрации информации от бортовых средств объективного контроля (бортовые СОК) и ее обработку с помощью специальных технических средств. ИКАО указывает на высокую ценность информации бортовых СОК, как дополнительного источника информации, для оценки действий экипажа и работы оборудования ВС в полете, обслуживании ВС и профилактики авиационных происшествий. Информацию бортовых СОК используют для решения следующих задач:

- анализа причин и предупреждения ЛП (отказы бортовой и наземной аппаратуры, человеческий фактор и т.д.);

- диагностики и прогнозирования технического состояния бортового оборудования;

- оценки действий экипажа при выполнении полетного задания;

- совершенствования профессиональной подготовки летного состава и т.д.

Бортовые СОК это такие технические средства, которые устанавливают на ВС в соответствии с требованиями ИКАО для сбора, регистрации и сохранения информации об условиях полёта, действиях экипажа и функционировании бортового оборудования воздушного судна (ВС). В настоящее время существует следующие виды бортовых СОК:

- бортовые устройства регистрации параметрической информации (БУР ПИ);

- бортовые устройства регистрации звуковой информации (БУР ЗИ) (переговоры экипажа по внешней или внутренней связи, звуковая обстановка в кабине экипажа);

- бортовые устройства регистрации видеоинформации (БУР ВИ) (показания приборов и сигнальных табло, положение органов управления, обстановка в кабине экипажа);

- интегральные устройства (появились в последнее время), которые совмещают в себе функции БУР ПИ и БУР ЗИ.

На сегодняшний день все ВС (за исключением только самых маленьких) оборудованы БУР ПИ и БУР ЗИ.

Бортовое устройство регистрации (БУР, самописец) - устройство, которое используют в авиации для записи параметров полёта, работы оборудования и переговоров экипажа ВС. В БУР входят датчики, блоки преобразования и обработки сигналов и накопители (устройства записи с носителем информации), которые записывают на носитель параметрические (данные от органов управления, приборов и систем и т.д.) и звуковые данные. В регистраторах обычно предусмотрена возможность привязки записываемых значений параметров к шкале реального времени.

Современные ВС обычно оборудованы двумя комплектами БУР - эксплуатационным (информацию БУР регулярно используют после полёта для контроля работы систем и действий экипажа; не имеет защитного корпуса) и аварийным (информацию БУР используют только при ЛП; имеет защитный корпус). Корпус БУР может иметь форму шара, цилиндра или параллелепипеда (оболочки такой формы лучше выдерживают внешнее давление) и окрашен в ярко оранжевый или ярко красный цвет (облегчает поиск БУР при ЛП), а для облегчения поиска аварийного БУР в него встраивают радиомаяк или акустический «пингер» с автоматическим включением при аварии. Для уменьшения объема записи некоторые БУР ПИ предварительно обрабатывают информацию, которую снимают с объекта контроля (ОК), что позволяет записывать только те параметры, значения которых вышли за установленные допуски. За последние годы БУР претерпели серьезные конструктивные изменения, поменяли внешний вид и стали более надежными.

В средствах массовой информации БУР часто называют «чёрный ящик», т.е. устройство, которое выполняет определённые функции, а его внутренняя структура неизвестна или не принципиальна. Существует три версии возникновения названия «чёрный ящик»:

- детали функционирования первых БУР были засекречены и его запрещалось обслуживать наземному техническому персоналу (кроме контроля работоспособности). Эти меры были приняты для обеспечения максимальной объективности при расследовании ЛП;

- после катастрофы корпуса БУР часто был черного цвета от копоти;

- в основе носителя информации первых БУР были светочувствительные материалы, а они «требуют» темноты.

В 1930-е годы было запатентовано устройство звукозаписи в кабине самолёта, которое помещалось в прочный защитный корпус и напоминало фонограф Эдисона (на валик нарезалась звуковая дорожка).

Однако БУР ПИ появились раньше БУР ЗИ – в 1939 г. французы Уссено и Бодуэн создали БУР ПИ, где луч света от отклоняющегося зеркала «рисовал» графики на фотопленке (подобного типа система аварийной регистрации параметров полёта (САРПП-12) была создана в СССР в 19… г.).

Считают, что первый "черный ящик" изобрел австралийский учёный Дэвид Уоррена (David Warren, 1925-2010; ведущий сотрудник оборонной научно-технической организации Австралии с 1952 по 1983 г.).

В 1953 г. во время бури около Калькутты (Индия) потерпел катастрофу из-за поломки руля высоты первый реактивный пассажирский самолет «Комета-1» (разрушился в воздухе, погибло 43 чел.). Причина поломки руля осталась неизвестной. Работая в комиссии по расследованию катастрофы, Уоррен пришел к мысли, что если бы комиссия имела записи параметров полета и переговоров экипажа, то это помогло бы установить причину катастрофы.

Спустя некоторое время Уоррен приступил к созданию первого БУР (научно-исследовательская лаборатория аэронавтики (Aeronautical Research Laboratory), Мельбурн) и в 1957 г. создал действующую модель «чёрного ящика» (рис. 1), который записывал на магнитную ленту параметры полета и переговоры экипажа (длительность регистрации 4 ч.). БУР был обёрнут в асбест и помещен в прочный стальной корпус.

Рис. 1. Параметрический и речевой аварийный регистратор Уоррена

Глава Агентства регистрации ВС Великобритании (United Kingdom Air Registration Board), находясь в Австралии (1958), ознакомился с БУР Уоррена и пригласил изобретателя в Англию, где в его распоряжение была выделена команда учёных для совершенствования устройства. Новая модель «чёрного ящика» была помещена в ударопрочный и огнеупорный корпус (позже БУР стали продавать во многие страны).

После катастрофы самолёта в Австралии (Квинсленд, 1960 г.), суд обязал (впервые в мире) авиакомпании этой страны оборудовать аварийным БУР Уорена гражданские самолёты, выполняющих коммерческие рейсы. Спустя некоторое время это сделали и другие страны, но только спустя много лет БУР стали широко применять в мировой авиации.

В 70-е годы XIX века, после вступления СССР в Международную организацию гражданской авиации (ИКАО), «чёрные ящики» стали устанавливать на ВС «Аэрофлота».

П озднее БУР ПИ и БУР ЗИ были конструктивно разделены: первый поместили в хвост самолёта, который при катастрофе обычно разрушается меньше, второй - в кабину экипажа (рис. 2). Со временем БУР ЗИ тоже перенесли в хвост фюзеляжа.

БУР ПИ можно классифицировать по таким признакам - целевое назначение, принцип записи и форма представления информации при записи.

Исходя из целевого назначения БУР ПИ делят на:

- аварийные. Предназначены для установления причин ЛП. Все ВС оснащены аварийными БУР ПИ, что позволяет сократить число неустановленных причин ЛП и разработать мероприятия по их предупреждению. По современным требованиями аварийные БУР ПИ должны регистрировать не менее 40 АП (например, барометрическая высота Н_Б, приборная скорость V_ПР, вертикальная n_Y и продольная n_X перегрузки, углы отклонения рулей направления _Н и высоты _В, элеронов _Э) и 60 РК (например, САУ включена, Шасси выпущены, Отказ двигателя).

Накопитель в контейнере должен сохранять информацию при воздействии ударных нагрузок до 1000g (импульс до 10 мс), температуры 1000°С (15 мин), агрессивных жидкостей (2 ч) и морской воды (5 сут). Для выполнения требований применяют специальные средства защиты ПИ - прочный, жаростойкий и теплозащитный контейнер, средства плавучести и замедления скорости падения;

Современный стандарт TSO-C124 требует обеспечения сохранности данных в следующих условиях:

- полный охват огнём в течение 30 мин.;

- ударные перегрузки до 3400 g в течение 6 мс;

- статические перегрузки более 2 т в течение 5 мин.;

- погружение на глубину 6000 м в течение месяца.

- эксплуатационные. Предназначены для оперативного контроля действий экипажа и состояния АТ. Это позволяет оценить качество действий экипажа, обучать ЛС, уменьшить трудоемкость ТО и повысить показатели готовности и надежности АТ. Статистическая обработка данных БУР ПИ и результатов обработки позволяет прогнозировать состояние АТ. БУР ПИ этого типа записывают более 400 АП и РК. Накопитель не защищен. Специфическое требование к этому типу БУР ПИ - большая длительность сохраняемой непрерывной записи ПИ ( 10 ч) и возможность быстрой смены носителя бортового накопителя или перезаписи его информации;

- комбинированные. Сочетают функции аварийных и эксплуатационных БУР ПИ. Их выпускают в варианте с одним (имеет защиту от разрушений) или двумя накопителями (один накопитель не имеет защиты);

- испытательные. Применяют при летных испытаниях ВС. Их отличительная особенность - большое количество регистрируемых параметров ( 1000), что требует оснащения ВС большим количеством ПИП (планер, силовая установка, оборудование и т.д.). В таких БУР ПИ можно изменять состав и частоту опроса ПИП, а также телеметрически передавать регистрируемую ПИ на землю.

По способу записи БУР ПИ делят на:

- механические (рис. 3). При регистрации ПИ устройство записи механически воздействует на носитель ПИ, что деформирует его, или наносит на его поверхность красящее вещество. Часто подвижный элемент ПИП перемещает пишущую иглу по носителю (бумага, фольга, пленка). Недостаток способа записи: низкая плотность и точность записи; проблемы регистрации высокочастотных сигналов; большие удельные объем и масса на 1 параметр; трудность автоматизации обработки ПИ;

- оптические (рис. 4). Построены на базе шлейфовых осциллографов, которые имеют достаточно простую конструкцию. Для записи на носитель (светочувствительная бумага, пленка) используют световой луч. Достоинство записи - простота и наглядность представления результатов, а недостаток - ограниченное число регистрируемых параметров, невысокая точность и плотность записи, быстрый рост массы при увеличении количества параметров регистрации, необходимость записи электрических нулей параметров перед полетом, сложность автоматизации обработки данных;

- магнитные. Датчики параметрической информации подключаются последовательно к кодирующему устройству. После формирования кода параметра производится магнитная запись его значения на носитель информации (магнитная или металлическая лента);

- электронные. Принцип формирования кода параметра аналогичен БУР с магнитным способом записи, но запись их значений производится на твердотельное запоминающее устройство.

БУР можно классифицировать по типам используемых носителей информации:

- фотобумага или фотопленка (например, САРПП-12);

- стальная проволока (например, МС-61Б, П-503Б);

- магнитная лента (например, МАРС-БМ);

- твердотельное запоминающее устройство (например: П-507М, Р-ЗБН (защищенный БУР ЗИ).

В зависимости от типов сигналов, которые используют для отображения ПИ на носитель, регистрирующие устройства делят на непрерывные и дискретные во времени или на аналоговые и цифровые.

При записи на носитель регистрируемый сигнал можно квантовать по времени и уровню. В зависимости от того, используют квантование по времени или нет, сигналы делят на непрерывные и дискретные во времени.

Если в каждый момент времени значение регистрируемого параметра однозначно соответствует значению сигнала на носителе, то такой сигнал и устройство регистрации называют непрерывным (аналоговым).

Если приведенное выше условие не выполняется, то такой сигнал и устройство регистрации называют дискретным. К дискретным относят импульсные устройства регистрации, в которых применяют импульсную (широтно-импульс-ную, время-импульсную модуляции и др.) или кодово-импульсную модуляцию.