Современное бортовое оборудование

Примерно с 1980 г. начался массовый переход на цифровые системы. Международной корпорацией радиоинженеров ARINC была разработана серия документов на цифровые системы ARINC-700. На успешно эксплуатируемых самолетах зарубежных авиакомпаний Boeing-737, B-747 и др. была произведена практически полная замена аналоговой электроники на цифровые системы, выполненные в соответствии с ARINC-700. Практически одновременно или несколько позже произошла на многих самолетах различных классов замена электромеханических приборов на системы электронной индикации в кабинах экипажей.

В российской авиации в настоящее время находятся в эксплуатации системы на лампах, такие как КУРС-МП2, на полупроводниковых элементах – КУРС-МП70 и цифровая ILS-85. Аналогичное состояние наблюдается по многим системам навигации радиосвязи и автоматического управления полетом [1].

Рассмотрим более подробно степень влияния различных факторов на состав бортового оборудования.

Тип и класс ЛА обычно влияют на состав оборудования в сочетании с другими факторами, однако очевидно, что на маленьких одноместных самолетах, летающих по правилам визуальных полетов, и дальних магистральных самолетах оборудование будет различным. Состав бортовой электроники будет различный и для других типов ЛА: военных, космических, беспилотных и др. Основные отличия были рассмотрены в разделе классификация ЛА.

Пассажировместимость и экипаж. На самолетах с числом пассажиров более 30 требуется установка системы предупреждения приближения земли, на самолетах с большим числом пассажиров рекомендуется установка системы определения веса и балансировки самолета, устанавливается система спасения и эвакуации пассажиров при авариях и дополнительные средства связи, например спутниковая связь и др. Особую роль играет количество членов экипажа. На наших авиалиниях эксплуатируются самолеты, включая самолеты МВЛ, с минимальным составом экипажа в количестве 4 человек: левый и правый летчик, бортинженер и штурман. На многих самолетах различных типов в состав экипажа также входит бортрадист.

Наличие штурмана на борту самолета: позволяет не требовать обязательности комплексирования бортовой авионики и установки интегральной системы электронной индикации и комплексных пультов управления; позволяет понизить степень резервирования навигационных датчиков информации навигационных вычислителей, позволяет применять некомплексированные системы со своими пультами управления. При этом считается, что штурман сможет обеспечить непрерывность представления информации о местоположении самолета. Бортинженер может обеспечивать непрерывный контроль работы самолетных систем и двигателей по отдельным приборам, цифровым индикаторам и мнемоническим пультам управления. Степень автоматизации работы оборудования может быть компенсирована дополнительными членами экипажа. На большинстве пассажирских самолетов зарубежных авиакомпаний летают два члена экипажа: левый и правый летчик. Считается это экономически выгодным, так как уже несколько месяцев эксплуатации дополнительного оборудования, требуемого для компенсации функций штурмана, бортинженера и бортрадиста на самолете с двухчленным экипажем компенсирует его стоимость.

Стоимость самолета за жизненный цикл его эксплуатации играет значительную роль в выборе бортового оборудования. До настоящего времени считалось в России, что стоимость аналоговой электроники дешевле цифровой. При таком подходе отдавалось предпочтение электромеханической системе индикации, аналоговым автопилотам, аналоговым схемам автоматики самолетных систем и управления двигателями и т.д. Естественное желание разработчиков самолетов и подразделений, определяющих выбор состава бортового оборудования, ориентироваться на оборудование, находящееся в серийном производстве и в эксплуатации, чтобы не тратить деньги на переучивание персонала, эксплуатирующего авиационную технику.

Затраты на переоборудование бортового оборудования на цифровые системы, соответствующие ARINC-700, окупаются также быстро, как и переход на двучленный экипаж, за счет простоты обнаружения и соответствующей обработки неисправностей с помощью встроенных систем контроля различных уровней, реализуемых цифровой техникой.

Фирма Dornie (ФРГ) провела исследования по возможности использования электромеханических и электронных систем оборудования кабин пилотов региональных и административных самолетов. При этом вначале электромеханические системы казались более желательными, но исключительно с точки зрения стоимости, однако при сравнении указанных систем с учетом основных критериев, в частности заходов на посадку и посадки по категориям II и III, предпочтение было отдано электронной системе приборного оборудования Primus 2000 фирмы Honeywell с пятиэкранной системой электронной индикации [2]. Фирма Bendix/King, входящая в корпорацию Allied Signal, разработала группу резервных приборов на жидкокристаллических панелях с микропроцессорным управлением взамен электромеханических приборов. По внешнему виду, по габаритным и присоединительным размерам и по другим внешним характеристикам, а также по стоимости каждый прибор этой группы соответствует электромеханическим приборам, однако имеет лучшую наблюдаемость и более четкое восприятие информации даже при засветке прямыми солнечными лучами и более высокие показатели надежности. Таким образом, приведенные примеры показывают, что цифровые системы имеют тенденцию снижения стоимости при значительном выигрыше в функциональных возможностях, точности, надежности и при высоких показателях эксплуатационной технологичности.

Ожидаемые условия эксплуатации существенным образом влияяют на состав оборудования. Самолеты, которые эксплуатируются на воздушных трассах, пролегающих через районы с безориентирной местностью и через океаны, требуют обязательной установки инерциальных систем, радиотехнических систем дальней навигации и/или спутниковых систем навигации. Самолеты, предназначенные для полетов в высоких широтах, требуют гекто-метровой связи в СВ диапазоне волн. Полеты в условиях плотного воздушного движения требуют более точной зональной навигации по двум и более дальностям и аппаратуры предупреждения столкновения самолетов в воздухе. Полеты в условиях интенсивной грозовой деятельности приводят к необходимости аппаратуры сдвига ветра и метеорадиолокаторов с режимом определения интенсивной грозовой деятельности и вертикальным разрезом турбулентности атмосферы.

Категории метеоминимума посадки определяют установку прецизионного оборудования, систем определения дальности видимости ВПП и РД и требуемой степени резервирования систем, определяющих посадку. Конкретный состав определен в разделе "Категории посадки".

Переоборудование самолетов или начало производства новых самолетов с новым бортовым оборудованием требует разработки новых наземных средств поддержки его эксплуатации, таких как наземные автоматизированные системы контроля и ремонта демонтированного оборудования (НАСК), загрузчики бортовых программ пользователя и базы полетных данных. Необходима также разработка новых тренажеров для обучения и тренировки летных экипажей, разработка специальных стендов и классов для обучения наземного технического персонала.

Выбор состава бортовой электроники целесообразно производить в соответствии с требованиями, после того как данному типу самолета будет определен сертификационный базис.

После процедуры выбора состава бортового оборудования производится его оптимизация по критериям минимальной массы оборудования, минимального энергопотребления, максимальной надежности, минимальной стоимости, максимальной точности в общем функционале заданной эффективности ЛА. Такую оптимизацию состава, имея взаимосвязи систем и их характеристики (массу, точность, надежность, потребляемую мощность и др.) осуществляют целочисленными методами циклически по каждому параметру, освобождая оптимизируемый параметр и задаваясь остальными. Для выполнения этой задачи разрабатывается специальный алгоритм и программное обеспечение для его реализации на компьютере.

Такой алгоритм состоит из ряда процедур: расчет массы, расчет суммарной точности, надежности, потребляемой мощности и вероятности выполнения полета в заданных условиях эксплуатации. Затем решается система уравнений, из которой находятся требуемые параметры.