книги из ГПНТБ / Липчин Ц.Н. Надежность самолетных навигационно-вычислительных устройств

Из HB в АБСУ непрерывно поступают сигналы управления самолетом в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Одновременно с этим HB выдает сигналы о пространственном положении и курсе на директорные приборы, а также в ПИНО (проекционный индикатор навигационной обстановки), предназначенный для авто­ матической индикации места и направления движения самолета на фоне карты пролетаемой местности. Одно­ временно индицируется значение курса самолета, авто­ матически или вручную определяется курсовой угол любого ориентира, обозначенного на карте, и дальность до него.

Центральным органом управления комплексом явля­ ется пульт управления навигационным комплексом (ПУНК), который .входит в состав навигационного вы­ числителя независимо от того, является ли HB аналого­ вым или используется бортовая цифровая вычислитель­ ная машина (БЦВМ).

Соответствующие переключатели на пульте позволя­ ют изменять режимы работы НК (например, «Наземная подготовка», «Обход грозы» и т. д.). Летчик имеет воз­ можность вызвать на цифровые индикаторы любой из интересующих его навигационных параметров. С по­ мощью цифрового наборного поля, имеющегося на пуль­ те, летчик может ввести в память БЦВМ ряд оперативно изменяющихся параметров (например, географические координаты наземного пункта для перенацеливания са­ молета и т. д.).

Ряд дискретных световых сигналов, информирующих летчика о готовности, отказах и т. д. аппаратуры комп­ лекса, выводится на табло сигнализации (ТС).

Навигационный комплекс с цифровым HB решает широкий круг задач, к которым относятся следующие.

1. Автоматизированная предполетная подготовка:

—автоматизированный в.вод исходных данных и про­ граммы полета;

—автоматизированная предполетная проверка аппа­ ратуры комплекса.

2.Непрерывное определение местоположения само­ лета, обеспечивающее полет по трассе:

—непрерывное счисление координат местоположения самолета по автономным средствам (по ИСН либо по ДИСС совместно с курсо-вертикалью) ;

—преобразование координат;

10

— обработка данных позиционных радиотехнических средств;

—коррекция местоположения радиотехнических средств;

—коррекция местоположения самолета с помощью позиционных и скоростных радиотехнических коррек­ торов.

3.Формирование сигналов для автоматического уп­ равления движением самолета в вертикальном и боковом каналах;

—вычисление сигналов для формирования закона управления движением самолета в горизонтальной плос­ кости при полете по заданной траектории;

—вычисление сигналов для формирования законов управления при полете в любую точку, заданную опера­ тивно, а также для облета грозовых фронтов по инфор­ мации бортовой РЛС;

—вычисление сигналов для формирования закона управления в вертикальной плоскости при снижении в заданную точку на заданную высоту;

—вычисление сигналов отклонения от заданной тра­ ектории для выполнения предпосадочного маневра и ухо­ да на второй круг.

4.Программирование географических координат мая­ ков РСБН, радиолокационных ориентиров, промежуточ­ ных пунктов маршрута (ППМ) и времени прибытия в ППМ.

5.Индикация навигационных параметров.

6.Автоматизация штурманских работ:

— индикация местоположения по ПИНО;

— выдача необходимого справочного материала на

ПИНО;

— автоматический ввод координат маяков, радиоло­ кационных ориентиров, промежуточных пунктов мар­ шрута;

—• расшифровка координат радиолокационного ори­ ентира;

—сигнализация об отклонении от временного гра­

фика;

—автоматизированный контроль аппаратуры комп­ лекса в полете и выдача сигналов об отказе систем;

—расчет возможной дальности полета по запасу топлива;

—выдача сигналов о необходимости коррекции;

11

рис. 1. 1. В таких системах для связи датчиков НК с вы­ числителем используются аналоговые каналы (например, вместо доплеровских частот Fi; F i , F 3 из ДИСС поступа­ ют значения Hasina; Wcosa в аналоговой форме).

Отличие НК, оснащенных электромеханическим Ъ и , от цифровых комплексов заключается в уменьшении объ­ ема и точности решаемых задач, а также глубины конт­ роля работы вычислителя (в БЦВМ эту роль выполняет тест-программа) и датчиков навигационной информации.

Широкое развитие бортовых вычислительных машин не исключает в дальнейшем развития и совершенствова­ ния аналоговых вычислителей главным образом из-за их невысокой стоимости.

В ряде случаев навигационный комплекс оснащается не только БЦВМ, но и аналоговым вычислителем. Такая совокупность вычислителей способствует повышению на­ дежности НК-

Все возрастающая техническая сложность НК и его отдельных систем с учетом ответственности функций, выполняемых НК, потребовала обратить особое внима­ ние на надежность таких комплексов.

Проблема обеспечения надежности тесно связана со всеми этапами создания системы, а также и всем перио­ дом ее практического использования. Надежность сис­ темы закладывается в процессе ее конструирования и расчета и достигается в процессе ее изготовления путем правильного выбора технологии производства, контролѵі качества исходных материалов, полуфабрикатов и гото­ вой продукции, контроля режимов и условий изготовле­ ния. Важное значение для надежности сложных систем имеют условия хранения, эксплуатации, планомерный уход, профилактические контроль и ремонт.

1 2. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ НАВИГАЦИОННЫМИ

ВЫЧИСЛИТЕЛЯМИ

Рассмотрим основные уравнения, моделируемые ана­ логовыми навигационными вычислителями. Поскольку теория этих задач достаточно полно изложена в работах [7, 47] и др., то здесь приводится лишь окончательный вид

12

рабочих формул решаемых задач с соответствующей гео­ метрической интерпретацией для различных режимов работы HB. Мы также не будем останавливаться на ана­ лизе методической точности формул, принятых к реали­ зации в HB.

Непрерывное счисление координат на борту самолета основано на интегрировании во временной области урав­ нения геодезической линии. Для земного сфероида диф­ ференциальное уравнение геодезической линии [1] имеет вид

dt

13

где ф, X — геоцентрические широта и долгота; А' — азимут дуги большого круга.

Из уравнении (1.3) видно, что в'состав любой нави­ гационной системы самолета должны входить:

—измеритель курса;

—датчик информации о векторе путевой скорости И';

— счетно-решающее устройство того или иного типа.

0

Вприводимых ниже уравнениях применен отсчет ко­ ординат места относительно условной (ортодромической) системы прямоугольных координат Оху, повернутой отно­ сительно направления на географический полюс на угол г|з, называемый углом карты.

Вуравнениях введены также следующие обозначе­

ния:

14

MC — местонахождение самолета.

Навигационный вычислитель позволяет решать следу­ ющие навигационные задачи.

1. Определение местоположения самолета по пара­ метрам его движения в ортодромической системе коор­ динат при горизонтальном полете и вертикальном манев­ ре (рис. 1.2, 1.3):

2. Определение составляющих путевой скорости са­ молета по аналоговой информации о I f и а от ДИСС (рис. 1.4):

3. Определение составляющих путевой скорости само­ лета по информации о V, у, U, Ô (рис. 1.5).

В перерывах поступления доплеровской информации интегрирование ведется по «запомненному ветру». Сос­ тавляющие последнего получаются при работающем ДИСС из уравнений

U™=Wr—V,

15

Угол у может измеряться, например, гирополукомпасом, выставленным по меридиану С, или магнитными ком­ пасами (в этом случае необходим учет магнитного скло­ нения в предполагаемом районе полета).

4. Измерение составляющих ветра методом двух ра­ диолокационных засечек.

В ряде случаев в HB можно уточнять параметры вы­ числением разности между фактически пройденным и счисленным в HB путем за определенный промежуток времени. Разности пути ASX и ASy приписываются изме­ нениям параметров ветра, введенных в вычислитель и соответствии с уравнениями:

ht

16

5. Преобразование координат из одной системы пря­ моугольных координат в другую (рис. 1.6).

6. Преобразование координат из прямоугольной сис­ темы координат в полярную (рис. 1.7):

X = a r c t g - - * п п м

Х 0 =Х+180° ,

К= 1 — (у — ф) + а -

7.Коррекция координат самолета по информации ра­ диосистемы ближней навигации (рис. 1.8, 1.9):

180° cp=arc sin н

ч т д і » и г о ЗАЛА !

8. Коррекция местоположения самолета по радиоло­ кационному ориентиру, координаты которого известны (рис. 1. 10, 1. 11).

Для решения указанной задачи в HB непрерывно вы­ числяются значения наклонной дальности и бортового пеленга и выдаются в радиолокационный визир для по­ строения на светящемся э,кране электронного перекре­ стия (метки). В момент начала коррекции из-за наличия

(бі на рис. 1. И ) . Операция коррекции сводится к прину­

Можно рассмотреть и другие задачи, решаемые HB, например, управление картографическим планшетом,

18

преобразование координат при смене ортодромий и т. п. Однако характер решаемых задач существенно не меня­ ется.

Ввиду общности решаемых задач (1.4) — ( 1 . 12) схем- но-конструктивная структура HB в основном близка к типовой структурной схеме (рис. 1. 12).

С

В общем виде каждая разновидность HB имеет, как правило, в своем составе следующие функциональные блоки: формирования угла (у—*ф) ; формирования сое-

тавляющих W; формирования составляющих V; форми­ рования составляющих U; интегрирования; «Память вет­ ра»; построения полярных координат (D, X, Яо); форми­ рования угла доворота К; коррекции; коммутирующих элементов.

Современные навигационные вычислители состоят в основном из конструктивно законченных крупных блоков, размещенных в различных отсеках самолета и соединен­ ных между собой кабелями и коммутационными элемен­ тами.

1.3. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ НАВИГАЦИОННОГО

КОМПЛЕКСА

Современные навигационные комплексы (НК) явля­ ются сложными многопараметрическими совокупностями систем с множеством состояний, обусловленных дублиро­ ванием информационно-измерительных систем, а также структурным и алгоритмическим резервированием.

19