3. Принципы составления системы расчетных случаев для тренажеростроения

Наиболее близко системы PC, предназначенные для тренаже- ров, примыкают к аналогичным сертификационным системам, фор- мируемым для тех же ЛA. Однако полностью эти системы не тож- дественны. Отличия заключаются не только в общем количестве PC, но и в структуре факторов, входящих в каждый случай, в этапах полета, принимаемых во внимание и пр. Так, в состав тренажерной системы PCдолжны входить случаи, соответствующие «штатным» условиям. При этом следует имитировать некоторый набор условий, существенно различающихся с позиций пилотирования. В серти- фикационную же систему PCвходят только «нештатные» ситуации, главным образом функциональные отказы. Но и в этой части имеют- ся различия: ряд PCс одинаковыми предпосылками, рассматри- ваемые при сертификации и отличающиеся параметрами, этапом полета или высотой, включаются в тренажерную систему в огра- ниченном количестве — в виде одного—двух случаев, главным об- разом на взлете и посадке. Другие однотипные PCвообще не вос- производятся, так как не требуют новых навыков или умений.

Вместе с тем обе эти системы тесно взаимосвязаны: для очень многих «нештатных» PCисходные условия (предпосылки) совпа- дают. Более того, тренажерная система PCдолжна обязатель- но формироваться на основе сертификационной системы.

Полная система PCдля тренажеров должна быть достаточ- ном и неизбыточной. Достаточность означает, что совокупность включенных в нее случаев позволяет формировать полный комплекс навыков и умений, необходимый для точного пилотирования по программам в плановых полетах во всей области ОУЭ и в «не- штатных» ситуациях, вероятность которых превышает «маловероят- ные» значения (см. гл. 1 разд. 1.4). Напомним, все указания по пилотированию содержатся в РЛЭ.

Неизбыточность, в свою очередь, опирается на ряд принципов. Так, в систему PCне должны включаться предпосылки ОС, рас- четная вероятность которых ниже «крайне маловероятных» значе- ний, если только такие функциональные отказы не послужили при- чиной летных происшествий на ЛА-аналогах, а рассматриваемый самолет или вертолет не имеет надежной защиты от такого наруше- ния. Кроме того, следует избегать таких ситуаций, пилотирование в которых требует у экипажа одинаковых навыков или умений. Идентичные в системно-эргономическом смысле ситуации, отличаю- щиеся малосущественными деталями, подлежат исключению из системы PC.

В систему PCдолжны включаться такие исходные причины, которые по результатам предварительных оценок или по данным сертификационных испытаний в случае точного пилотирования при- водят к УУП или СС, но могут вызвать аварийную или даже ката- строфическую ситуацию, если экипаж допустит ошибки. Ситуации, исход которых не зависит от действий экипажа, не должны входить в состав системы PC. Поэтому не имеет смысла имитировать ситуа- ции, приводящие к катастрофическим последствиям или, благодаря многократному резервированию завершающиеся в любом случае усложнением условий полета. С другой стороны, целесообразно включать в систему PCтакие случаи, в которых экипаж может в экстремальных условиях использовать имеющуюся в самолете техническую избыточность и избежать, казалось бы, аварийную или катастрофическую ситуацию.

Так, на ряде типов самолетов, на которых двигатели установ- лены с эксцентриситетом относительно центра масс, существует потенциальная возможность управления в продольной плоскости без использования рулей и стабилизатора, т. е. без штурвала. Однако для этого пилот должен обладать высоким уровнем навыков и умений. В иностранной печати сообщалось даже о подобных де- монстративных полетах, выполненных на таких самолетах высоко- квалифицированными пилотами-инструкторами. Они показывали возможность взлета и посадки самолета в условиях полного отказа системы управления, осуществляя пилотирование только за счет строго координированных действий секторами газа и триммерами (РЖ ВТ, 1979, № 7, с. 3). Пример реального спасения самолета DC-10 и пассажиров после разрушения строенной системы управ- ления приводился в гл. 1. Несомненно, имитация таких случаев в тренажерах расширит их возможности по формированию полного

комплекса навыков и умений экипажей и поможет повысить без- опасность полета в целом.

Поскольку вопросы построения PC, имитирующих в тренажерах «штатные» режимы, были рассмотрены в разд. 3.2, то в настоящем разделе излагаются только принципы формирования случаев, со- ответствующих «нештатным» ситуациям. Поэтому упоминаемые в дальнейшем PCотносятся к имитации в КАТ «нештатных» и экстре- мальных условий.

Можно указать три типа PC, подлежащие имитации в тренаже- рах, отличающиеся исходными причинами.

Первый и наиболее распространенный тип PCпредусматривает имитацию на характерных этапах полета одного, двух, а иногда и трех различных функциональных отказов, которые сочетаются с определенными значениями критических параметров и условий. На- помним, под критическими понимаются параметры, факторы или ус- ловия, оказывающие существенное влияние на управление, динами- ку полета, психологическое состояние экипажа и в, конечном счете, на последствия ОС. При формировании PCданного типа выби- раются неблагоприятные сочетания этих параметров. Однако наи- худшие значения всех параметров одновременно обычно не реали- зуются, так как в этом нет необходимости.

Во втором типе PCв состав исходной причины входят по- жары или взрывы, возникшие вследствие определенных функцио- нальных отказов или же происшедшие локально (т. е. по причинам, независящим от каких-либо отказов) на одном из наиболее крити- ческих участков взлета и посадки. В данном случае соответствую- щие параметры и факторы — масса ЛA, метеоусловия и т. п. — со- ответствуют номинальным значениям. Это обусловлено тем, что ука- занные предпосылки являются наиболее опасными и нет необходи- мости усугублять их.

В третьем типе PCосновной предпосылкой служат не отка- зы, а какие-либо активные внешние воздействия — сдвиг ветра, обледенение, сильный вертикальный порыв большой массы воздуха и т. п. Имитируются они также на наиболее характерных этапах полета. Как и в PCпервого типа, здесь вводятся некоторые критические эксплуатационные факторы и параметры, например неблагоприятная центровка. Для остальных факторов принимаются их номинальные значения.

Исходя из принципа неизбыточности системы PC, нет никакой необходимости повторять каждую предпосылку на всех этапах полета. Как уже говорилось, достаточно воспроизвести ее на одном— двух этапах. К таковым относятся: разбег и взлет, заход на по- садку, посадка, включающая пробег, уход на второй круг. На их долю должно приходиться подавляющее число предпосылок PC, реализуемых в тренажерах.

Момент возникновения исходной причины — первого функцио- нального отказа, пожара или активного воздействия — должен быть выбран на основе дополнительных исследований с учетом

всех аспектов системно-эргономического подхода. Важно установить не только этап, но и его фазу, где влияние предпосылки и возможных ошибок экипажа на последствия ОС окажутся наи- более тяжелыми. Этот момент может быть выбран также на основа- нии статистических материалов расследования летных происшествий и предпосылок к ним. Если на ЛA-аналогах в процессе их летной эксплуатации имели место тяжелые аварии или катастрофы, в кото- рых проявились ошибки экипажа, то моменты возникновения соот- ветствующих предпосылок, полученные из статистических материа- лов, целесообразно воспроизводить в PCна тренажерах. Обычно критическими этапами являются взлет, посадка, а также уход на второй круг.

Обобщенно можно указать следующие типовые виды нарушения работоспособности систем или функциональных отказов, которые могут использоваться при составлении системы PC:

1. Самопроизвольные нарушения (полные или частичные) основ- ных и сопутствующих функций систем, находящихся в рабочем режиме.

2. Возникновение вследствие элементарных отказов таких усло- вий, которые угрожают безопасности (разрушение элементов, повы- шение температуры или частоты вращения двигателя, появление тряски, вибрации и т. п.), что требует экстренного выключения системы или перевода ее на режим холостого хода.

3. Невключение или, наоборот, невыключение системы либо агре- гата после выполнения экипажем управляющего воздействия, на- правленного на включение (выключение).

4. Ложное или самопроизвольное срабатывание агрегата, не обусловленное управляющим импульсом.

5. Возникновение устойчивого или расходящегося колебатель- ного режима.

6. Разрушение, оказывающее опасное воздействие на соседние элементы или агрегаты.

Важным компонентом системы PCявляются характеристики инструментальной информации об отказах функциональных систем. Информационный отказ сам может послужить предпосылкой лет- ного происшествия. Здесь можно выделить три типичных случая: наличие верной сигнализации о функциональном отказе; отсутствие информации о потере работоспособности, т. е. про- явление отказа в информационном канале; появление ложной информации о функционировании, заклю- чающейся, например, в возникновении сигнала о потере работоспособности или пожаре при отсутствии таковых.

При конкретизации видов отказов для системы PCследует вначале определить основные функции рассматриваемой системы. Наряду с потерями основных функций большинства систем при отказах, как правило, возникают сопутствующие нарушения или дополнительные эффекты, которые могут быть названы вторичными функциональными отказами.

Рассмотрим примеры формирования функциональных отказов в системах ЛA.

На рис. 3.1 схематически показаны основные виды функцио- нальных отказов силовой установки и этапы полета, применитель- но к которым может идти речь о включении их в систему PC.

В системе PCфункциональные отказы должны имитироваться для так называемого «критического» двигателя, т. е. того, чьи нарушения в работе оказывают наибольшее возмущающее действие на динамику полета. Вместе с тем целесообразно проверить реак- цию экипажа и на отказ двигателя, нарушения которого наи- меньшим образом изменяет продольный или боковой момент; в этом случае неинструментальные признаки будут минимальными. Отказы двух двигателей должны рассматриваться только для критического их сочетания. Поскольку в практике эксплуатации магистральных самолетов имели место отказы всех двигателей, одна такая ситуа- ция обязательно должна быть включена в систему PC.

При формировании системы PCв качестве функциональной системы следует рассматривать не изолированные двигатели, а си- ловую установку в целом. Основными подсистемами ее служат топливная система, двигатель и система автоматического регули- рования. Это вытекает из принципов системного подхода.

Главными функциями силовой установки, очевидно, является создание прямой и обратной тяги. Кроме того, должна обес- печиваться устойчивая работа двигателей и сохранение в допусках их параметров. Помимо всего этого должна сохраняться целост- ность всех агрегатов и двигателей.

Из сказанного вытекает четыре основных вида функциональных отказов (см. рис. 3.1):

I) изменение прямой тяги одного или двух двигателей:

самопроизвольное падение тяги,

самопроизвольное увеличение тяги при фиксированном поло- жении РУД,

отказ автомата тяги, приводящий к невозможности сохра- нения скорости на снижении и при посадке, выключение одного или более двигателей;

2. изменение обратной тяги: самопроизвольное включение реверса,

невыход на режим обратной тяги при включении реверса, выход вместо обратной на прямую тягу;

2. нарушение устойчивости работы, либо выход параметров за эксплуатационные допуски, требующие уменьшения режи- ма или выключения двигателя:

опасное повышение температуры в контрольных точках, возникновение тряски, помпажа, хлопков и т. п. появление стружки в масле;

2. разрушение элементов конструкции:

разрушение лопаток компрессора или турбины с нарушением работоспособности.

Случай отказа всех двигателей сводится к их одновремен- ному самовыключению.

Помимо нарушений основных функций при потере тяги или выключении (самопроизвольном или принудительном) у двигателей могут быть следующие вторичные функциональные отказы:

падение работоспособности гидросистемы, приводящее к сни- жению располагаемой мощности сервоприводов; падение располагаемой мощности электроснабжения или ухуд- шение качества тока;

снижение располагаемого расхода воздуха, отбираемого для работы таких потребителей, как система кондиционирования, антиобледенительная система, система улучшения обтекания крыла и т. п.

Конкретные виды вторичных функциональных отказов зависят от конструктивных особенностей ЛА.

Основными функциями продольного канала системы управления следует считать создание продольного аэродинамического момента путем отклонения подвижных управляющих органов — руля высоты, стабилизатора, глиссадных интерцепторов. Конечной целью этих функций является угловое перемещение самолета вокруг центра масс для реализации траекторного движения и демпфирование колебаний. Отсюда критическими элементами данной системы сле- дует считать именно эти органы; при этом, напомним, каждый из них состоит из нескольких секций, что повышает отказобезопас- ность. Поэтому, говоря о функциональных отказах, следует иметь в виду различные нарушения кинематики перемещения отдельных

секций. Все виды отказов одной или нескольких секций этих органов могут быть объединены в следующие группы:

заклинивание или невозможность отклонения;

уменьшение эффективности;

самопроизвольное отклонение;

несимметричное отклонение секций;

частичная или полная потеря демпфирующих свойств;

возрастание усилий на рычагах управления.

Некоторые из этих отказов требуют пояснений. Так, уменьшение эффективности органов управления может быть обусловлено невоз- можностью отклонения некоторого числа секций руля или же штур- вала (ручки) на полный ход, уменьшением мощности привода, например из-за отказа двигателя, наличием ограничений по откло- нению руля на определенных режимах, уменьшением скорости пере- мещения.

Возрастание усилий на рычагах управления может быть вызвано стопорением или самопроизвольным уводом триммера (механизма триммирования), неотключением загрузочного устройства при пере- ходе на безбустерное управление и т. п. Ухудшение демпфирую- щих свойств обычно связано с отказами в агрегатах демпфера. Конкретные виды функциональных отказов каждой группы и степень их влияния на характеристики самолета зависят от конструк- тивных особенностей системы управления.

Функциональное назначение системы механизации крыла хорошо известно: увеличение коэффициента подъемной силы при фиксиро- ванном угле атаки.

Критическими элементами механизации крыла у современного самолета являются: закрылки, предкрылки, спойлеры, тормозные щитки. В качестве типовых видов отказов могут рассматри- ваться:

невозможность выпуска одной или нескольких секций; частичный или полный отказ управления определенным чис- лом секций (выпущенных ранее);

самопроизвольная уборка секций на взлете или посадке; самопроизвольный выпуск на режиме, где это не предусмот- рено.

Вторичные эффекты или функциональные отказы системы ме- ханизации крыла связаны с возникновением тряски, дополнитель- ных аэродинамических моментов, изменением коэффициента сопро- тивления и т. п.

Необходимо подчеркнуть, что каждый вид функционального отказа включается в систему PCтолько после анализа вероятнос- ти возникновения, полученной из расчета надежности систем, и со- поставлении с материалами расследования летных происшествий, происшедших с ЛА-аналогами.

В качестве характерных факторов, действующих на ЛА в ОС и являющихся важными компонентами PC, должны рассматри- ваться:

условия возникновения функциональных отказов; эксплуатационные условия; атмосферные условия полета;

внешние условия — видимость, характеристики состояния ВПП и т. п.

Характерные факторы должны включаться в PC в основном в виде дискретных параметров, лежащих в пределах, несколько более широких, чем эксплуатационный диапазон, указанный в РЛЭ. Вместе с тем должна быть обеспечена возможность варьирования инструктором определенного числа параметров, осуществляемого в том же диапазоне.*

Условия возникновения функциональных отказов играют роль начальных условий при построении сценариев обучения. При этом рассматриваются параметры, соответствующие нарушению функций всей системы. В число этих условий входят: этап и участок полета; параметры движения — скорость, высота, углы траектории, тангажа, крена; значения перегрузок и т. п.; конфигурация (положение пред- крылков, закрылков, спойлеров, шасси) и т. д. В PC (сценарии) целесообразно вводить дискретные значения большинства условий. Это позволит автоматизировать их ввод с пульта инструктора. Однако в отдельных случаях следует предусмотреть возможность варьирования отдельными параметрами, главным образом — момен- том ввода функционального отказа, т. е. временем, высотой или скоростью.

В качестве характерных этапов полета в системе PC должны рассматриваться (рис. 3.2):

предполетная проверка;

руление;

предстартовая проверка;

разбег и взлет;

набор высоты;

крейсерский полет;

снижение;

аварийное снижение;

заход на посадку;

уход на второй круг;

посадка и пробег;

уход с полосы и заруливание на стоянку.

Такие этапы, как предполетная и предстартовая проверки, а также руление, уход с полосы и заруливание на стоянку не вклю- чают в себя более мелкие участки или подэтапы. В то же время остальные этапы разбиваются на участки (фазы). Это делается с целью более дифференцированного ввода отказов или внешних

воздействий. Так, например, взлет, начинающийся со страгивания в определенной точке на ВПП и завершающийся при достижении высоты Н=400 м, согласно НЛГ, содержит следующие участки: разбег (от страгивания до отрыва основных стоек шасси от ВПП);

1. й взлетный участок: от точки отрыва основных стоек до достижения центром масс JIA высоты Н= 10,7 м¹¹;

2. й взлетный участок: разгон на высоте Н= 10,7—15 м;

3. й взлетный участок: набор высоты до начала уборки ме- ханизации крыла;

4. й взлетный участок: от начала уборки механизации до достижения высоты Н = 400 м.

Крейсерский участок полета включает несколько фаз, соответ- ствующих различным высотам эшелона.

Эксплуатационные условия можно разделить на несколько групп. К первой относятся факторы, связанные непосредственно с ЛА — его полетная масса, центровка, загрузка пассажирами, конфигурация и т. д. Ко.второй группе можно отнести характеристики трассы и аэропортов взлета и посадки. Третья группа объединяет такие факторы, как сезон (время года), время суток.

Для факторов первой группы целесообразно включать в систему PC наиболее тяжелые — критические — значения параметров: наи- большую массу, крайнюю переднюю (в некоторых ситуациях — заднюю) центровку и т. п. Это, в особенности, относится к поса-

дочным PC. Что же касается второй группы факторов, то здесь необходимо выбрать одну—две типичных трассы и задать опреде- ленные аэропорты с конкретными подходами, рельефом, располо- жением ВПП и т. д. Необходимо указать также климато-географи- ческий район эксплуатации ЛА, подлежащий имитации.

Время года целесообразно разделить на два условных крупных периода — летний и зимний, продолжительностью по 6 месяцев. Время суток можно свести к трем вариантам: ночь, сумерки, день.