Бортовые цифровые вычислительные устройства и машины

Лекция № 1.

Состав и структура бортового оборудования.

Бортовое оборудование – совокупность технических средств (агрегатов, машин, приборов), устанавливаемых на борту ЛА.

БО
Обеспечение управляемого полета - пилотажно навигационное - радиотехническое оборудование навигации посадки и управление воздушным движением (УВД) - радиосвязное; - электротехническое; - светотехническое; - гидравлическое; - система охлаждения; - контроля работы силовой установки; - бортовые информационные системы отображения информации исигнализации;	Обеспечение жизнедеятельности экипажа и пассажиров - кондиционер; - кислород; - регулирования давления; - аварийно-спасательное;	Обеспечение безопасности полета - противооблединительное; - противопожарное;	Решение целевых задач - обзорно прицельный комплект - разведовательное; - десантно-транспортное; - санитарное; - пожарное;

Приборное оборудование в авиации принято разделять на датчики, индикаторы, приборы и сигнализаторы.

Датчик – это измерительное устройство для выработки сигнала по текущим значениям измеряемого параметра.

Индикаторы – это средство отображения информации о количественном и качественном значении параметра.

Прибор – это устройство, имеющее самостоятельное эксплуатационное значение и обеспечивающее измерение и индикацию параметра.

Сигнализатор – это прибор, обеспечивающий отображение информации о соответствии или несоответствии параметра системы или объекта, требуемому значению и состоянию в виде визуальных, звуковых или тактильных сигналов.

Аппаратура, машины и агрегаты на борту ЛА объединены в систему, предназначенную для решения отдельных задач.

Комплект БО – это совокупность функционально связанных систем, приборов, датчиков и вычислительных устройств.

Все радиоэлектронное оборудование ЛА называется авионикой.

Авионика (ТУ-204, А-320):

- системы первичной информации;

- радио-навигационные системы;

- системы автоматического пилотирования;

- бортовые информационные системы;

- прочие пилотажно-навигационные системы;

1.1. Системы первичной информации

Задача: измерение различных сигналов и параметров, характеризующих полет и состояние самолета.

Состав: от 1 до 3 одинаковых вычислителей каждый из которых способен решать все задачи.

Рассчитанные значения параметров выдаются из вычислителя всем заинтересованным потребителям, например, автопилоту, системам индикации и сигнализации. Выходная информация выдается в последовательном коде по ГОСТ18977-79 или в международном стандарте ARINC429. Информация доступна всем потребителям, подключенным к кодовой линии связи (КЛС).

К СПИ относятся:

- система воздушных сигналов

- инерционально-навигационная система

- система преобразования информации

- система измерения параметров двигателя

СВС определяет параметры полета проводя измерения во внешней среде. Она измеряет и вычисляет следующие высотно-скоростные параметры:

- барометрическую высоту полета (абсолютную и относительную);

- скорость изменения высоты;

- воздушную скорость (истинная приборная);

- число Маха;

- температуру наружного воздуха;

- полная температура торможения;

- угол атаки и скольжения;

- давление (динамическое и полное);

- максимально допустимая воздушная скорость;

СВС формирует сигнализацию о превышении допустимой скорости и различные сигналы состояния. В состав СВС обычно входит 3 вычислителя.

Датчики сигналов СВС:

- приемник статического давления;

- приемник полного давления;

- датчик температуры;

- датчик угла атаки, скольжения;

Датчики обычно входят в систему, а находятся в самом самолете. ИНС служит для измерения углового положения ЛА в пространстве и определяет его местоположение. Измеряет:

- углы крена, тангажа и курса;

- угловые скорости изменения крена, тангажа;

- линейные ускорения (перегрузка);

Вычисляет:

- угол наклона траектории;

- истинный курс;

- путевая скорость;

- вертикальная скорость;

- угол сноса, параметры ветра;

- географическую широту и долготу;

Состоит из 3-х блоков, каждый содержит по 3 датчика угловых положений, например, лазерные гироскопы, 3 акселерометра, для измерения ускорений по 3-м осям и электронную часть, которая обслуживает это оборудование.

СПИ измеряет параметры различных общесамолетных систем (гидравлической, топливной, кондиционирования, электроснабжения). На датчики воздействуют физические параметры (t,p, перемещ.), а выходные сигналы датчиков имеют электрическую природу, по измеренным электрическим сигналам СПИ вычисляет действующие на датчик значения параметров.

В состав входят 2 одинаковых вычислителя. СИПД подобна системе СПИ, только специализируется на измерении параметров двигателя.

1.2 Радионавигационная система.

РНС определяет местоположение ЛА, используя для этой цели радиотехнические средства.

- автономные (на основе радиолокационного принципа (сигналов));

- неавтономные (на основе радиомаяков);

К неавтономным отностся:

- автоматический радиокомпас;

- система радионавигации VOR;

- дальномер DME;

- система посадки ILS;

- микроволновая система посадки MLS;

- радиотехническая система ближней навигации;

- спутниковая навигационная система;

- система предупреждения столкновения в воздухе;

Радиомаяк может быть наземным, установленный на борту ЛА или космического аппарата. Наземные радиомаяки служат для вождения по маршруту полета и для привода на аэродром. Устанавливают на земле, в поворотных пунктах маршрута и зоне аэродрома.

Сигнал радиомаяка пеленгуется радиоприемником. Приемник измеряет параметры сигнала, по ним определяет направление на маяк, дальность до него и величину отклонения от заданного направления.

Маяки работают на разных частотах, что позволяет настраивать РНС на конкретный маяк. Кроме того маяки передают азбукой Морзе сигнал опознавания.

Прокладывая маршрут, штурман старается провести ЛА над маяком, вследствии чего маршрут представляет собой ломанную кривую.

АРКслужит для навигации по приводным и широковещательным радиостанциям. Это самый простой вид радиомаяков. Радиостанции непрерывно излучают незатухающие и тональномодулированные сигналы и свои позывные. 190-1750 кГЦ(каналы по 50 кГЦ).

На ЛА устанавливают 2 комплекта АРК, каждый содержит приемник 2 антенны: направленная и ненаправленная.

Принцип действия основан на сравнении амплитуд и фаз сигналов, поступающих с направленной и ненаправленной антенн. Следует, радиокомпас определяет на приводную радиостанцию (курсовой угол). Погрешность – 3-5%

Дальность действия зависит от высоты полета и мощности радиостанции (500Вт – 200-300км.)

VORопределяет азимут самолета относительно точки расположения маяка Работает в диапазоне 108-117,975 МГц. Выделены 200 каналов(50кГц): 160 дляVORи 40 дляILS.

С помощью антенной системы радиомаяк формирует 2 диаграммы направленности. Частота модуляции – 30 Гц. Для ненаправленной диаграммы. 30об/сек – для направленной диаграммы (вращается, модулированный).

На ЛА принимают оба сигнала, причем сигнал от направленной антенны изменяется по амплитуде (максимальный, когда луч (сигнал) «смотрит» на нас). Фаза опорного сигнала совмещается с фазой амплитудного сигнала, это позволяет определить текущий азимут. Дальность действия – 50-370 км.

В состав входит 1 ил 2 приемника и антенно-фидерное устройство. В состав антенно-фидерного устройства входит курсовая и маркерная антенны, усилитель питания и делитель мощности.

Маркерная антенна для приема сигнала маркерных маяков. Эти радиомаяки утановлены вблизи ВПП от 70 до 4000. Маяки бывают ближние, средние, дальние. Излучают на частоте 75 МГц кодом Морзе. Излучение маяков происходит строго вверх.

400Гц – ближний маяк;

130 Гц – средний маяк;

4000Гц – дальний маяк;

Приемник VORпринимает сигнал маяка и посылает сообщение системе индикации, при этом выдается звуковой сигнал. Этот сигнал и сообщение однозначно показывает пилоту на каком расстоянии от ВПП он находится.

Дальномер DME– служит для точного определения наклонной дальности до радиомаяка. Это оборудование дополняетVORтам, где движение более напряженное.

Состав:

- блок запросчика;

- щелевая антенна;

Для надежности может быть установлено 2 комплекта.

ЛА посылает импульсный сигнал, на Земле принимается, посылается ответ но задержанный на постоянную величину времени. Измеряя интервал между посылками, дальномер вычисляет дальность. Дальность действия зависит от мощности. Типичная 360 км.

Диапазон частот 1025-1125 МГц.

Ответ 962-1213 МГц.

Система посадки ILS Работает по радиомаякам метрового диапазонаILS, по ним и определяется глиссада при заходе на посадку. РадиомаякILS:

- курсовой;

- глиссадный;

Глиссадный – задает глиссаду, которая позволяет выслеживать угол. Дальность его действия – 18 км., частота 328,6-335,4 МГц выбирается в зависимости от другого оборудования (VOR).

В состав входят 2-3 приемника, глиссадная и курсовая антенна. Недостаток – очень большие искажения.

Микроволновая система посадки MLS. Частота 5031-5090,7 МГц. Зона действия 37 км.

РСБН (радиотехническая система ближней навигации), аналог -VORиDME.

Система РСБН дополнительно позволяет определять азимут и дальность на Земле, а так же может использовать для опознавания ЛА по запросу диспетчера.

Для опознавания диспетчер производит запрос, в ответ на который пилот нажимает на кнопку опознавания (РСБН посылает сигнал опознавания), который диспетчер видит на экране в виде отметки.

РСБН:

- канал азимута 873,6-1000,5 МГц;

- канал запроса 770-812,8 МГц;

- канал ответа 930,6-1000,5 Мгц;

Дальность – 50 км. на высоте 250 км. и 380 км. на высоте 12000 км.

Состоит из одного или двух комплектов.

Спутниковая навигационная система.

Обеспечивает экипаж и другие системы навигации данными, полученными от сигналов навигационных спутников.

СНС определяет 3 координаты (широта, долгота и высота) + скорость (вертикальная, горизнтальная)

Антенна принимает сигналы от спутников и расшифровывает полученную информацию. Одновременно по запаздыванию сигнала от каждого спутника определяется дальность до него. В расшифрованной информации содержатся координаты спутника.

t- распределение волны.

В настоящее время GPS(24 спутника (резерв 32)) и ГЛОНАСС (15 спутников)

WAAS– разрабатывает Америка;

Galileo- Европа

MTSAT– Азия и Тихий океан;

Основная характеристика, от которой зависит точность навигации – это взаимное расположение спутников в созвездии. Минимальное необходимое созвездие спутников -4 (1-в зените, 3 – равномерно над горизонтом).

Бортовая аппаратура СНС выполняется в виде спутникового приемника с миниатюрной антенной.

СНС различают по:

- наличию канала приемника;

- скорости обновления данных;

- времени вычисления;

- точности и надежности вычисленных координат;

Современные приемники имеют до 24 каналов приема (каждый канал соответствует каждому спутнику).

Навигационные измерения основываются на определении дальности до спутников, координаты которых точно известны. Координаты дальности определяются по измерению задержки принимаемого кода относительно формируемого кода в бортовой аппаратуре. Определение скорости осуществляется по изменению Доплеровского смещения частоты принимаемого сигнала относительно частоты опорного генератора.

Диф. режим СНС

Применение диф режима позволяет повысить точность координат в стационарном режиме до 0,1-0,9 м. , а в динамике до 2 м., что обеспечивает посадку по приборам второй и третьей категории.

Диф. режим реализуется с помощью наземного контрольного спутникового приемника, который называется опорной станцией. Антенна, которая имеет высокоточную геодезическую привязку к местности и имеет линии связи с самолетами. Поправки, вычисленные на опорной станции и переданные на борт ЛА, действительны только на определенном расстоянии, который называется зоной действия диф. системы.

Станция непрерывно отслеживает каждый видимый спутник, чтобы захватить навигационное созвездие раньше, чем ЛА. Сравнивая известные координаты (свои геодезические) с измеренными, станция вырабатывает поправки, которые передаются на ЛА по радиоканалу в заранее оговоренной формате. Поэтому аппаратура потребителя на борту включает в себя обычный спутниковый приемник с дополнительной антенной и радиоприемник, который и позволяет получать диф. поправки с опорной станции. Эти поправки автоматически вносятся в результаты собственных измерений.

Система предупреждения столкновений.

Определяет положение других ЛА относительно данного. Цель – избежать столкновения. Цель достигается если только оба ЛА имеют эту систему.

В состав входит: вычислитель и 2 антенны. Антенны расположены в носовой части фюзеляжа сверху и снизу. Одна антенна всенаправленная (снизу) и узконаправленная (сверху). Система не имеет собственного передатчика, она использует сигналы ответчика УВД.

СПС отслеживает траекторию других ЛА и оценивает их потенциальную угрозу, пелингуя сигналы УВД.

Если выявлен конфликт , система оповещает пилота сразу же показывая какой маневр необходим, чтобы избежать столкновения. Так как приближающееся ВС может предпринять маневр в ту же сторону, системы СПС двух ЛА координирует взаимно свои намерения.

Кроме выдачи информации на индикатор, СПС может привлекать внимание пилота с помощью звуковых тональных сигналов, сигнальных табло, синтезированного голосового сигнала.

«Система дальней навигации»

РСДН – 20

«Omega»

«Loran-C»

Низкочастотные

Автономные радионавигационные системы (РНС)

- радиовысотомер;

- Доплеровский измеритель скорости и угла сноса;

- метеорологические навигационные радиолокационные системы;

Эти устройства не используют маяки, они используют информацию из собственного радиосигнала, отраженного от поверхности земли.

Радиовысотомер.

- измеряет истинную или геометрическую высоту полета. Радиовысотомеры разделяют: для малых и больших высот.

Частота изменяется линейно 4200-4400. Отраженный землей или водой сигнал, принимается ЛА. Измеряется его частота и частота сигнала, излученного в данный момент. Разность частоты пропорционально расстоянию до земли. Этот метод эффективен до высоты 1500м. Если частота =845МГц и импульсное излучение, то высота действия до 2500м.

В состав входят передающая и приемные антенны, приемопередатчик и СВЧ кабели. На ВС их 3 комплекта.

ДИСС.

- измеряет параметры вектора скорости, а именно путевую скорость, т.е. скорость относительно земли, и угол сноса – угол между направлением продольной оси ЛА и его действительным направлением его движения.

Принцип действия: ДИСС применяет наклонное облучение земной поверхности и определяет параметры вектора скорости по спектру частот сигнала, отраженного землей. Вследствие эффекта Доплера возникает сдвиг частот излученного и отраженного сигналов. Этот сдвиг пропорционален путевой скорости. Излучается 3-4 луча в разных направлениях. Совокупность информации показывает угол сноса.

Ошибка: 0,5% V, 0,2% угол сноса;

Частота 1332,5+75МГц.

Состав: Антенна, приемопередатчик, вычислитель(измеряет сдвиг частот и вычисляет скорость и угол сноса).

Метеорологические навигационные радиолокационные системы

- позволяют обнаружить зоны грозовой деятельности и обойти их. При наличии облачных структур на расстоянии 200км. по курсу полета МНРЛС сигнализирует экипажу. Современная МНРЛС способна также обнаруживать сдвиг ветра, который представляет собой опасность и может привести к аварии.

В состав входят: 1-2 приемопередатчика, антенный блок, волноводный тракт и пульт управления. Возможно включение своего экранного индикатора.

Частота: 9345+15 МГц.

Антенный блок установлен в носовом отсеке под радиопрозрачным колпаком. Антенна состоит из волноводно-щелевой антенной решетки. Решетка сканирует влево - вправо под углом 90 градусов. Скорость сканирования 15 раз в минуту.

В диапазоне сканирования радиолокатор испускает множество радиолучей (1024). Каждый луч разбивается на множество точек при приеме от 256 до 512. Для каждой точки измеряет уровень отраженного сигнала, который свидетельствует о наличии и плотности облаков и о турбулентности.

Приемопередатчик отрабатывает информацию и передает на индикатор. На экране индикатора уровень отраженного сигнала отображается разными точками (черный, зеленый, жделтый, красный). Для турбулентности предусмотрен коричневый цвет , а для сильной турбулентности пурпурный цвет. В результате точки создают очертания и поэтому более темная красная зона соответствует большей опасности.

Пилот может ускорить обзор (уменьшить обзор до 45 градусов в нужном направлении, наклонить антенну +15 градусов по вертикали).

Если высота полета 12000 м., то можно обнаружить грозовые облака на расстоянии 550 км.

1,3 Радиосвязные системы.

РСС предназначены для:

- двухстороннего обмена информацией между экипажем воздушного судна и наземной станцией;

- Между экипажами двух ВС;

- для внутренней связи между членами экипажа;

- между экипажем и пассажирами;

В обязательный минимум РСС пассажирских ЛА входят:

- радиостанция СВЧ связи;

- радиостанция ВС связи;

- радиостанция аварийной связи;

1. Предназначена для оперативной связи в пределах прямой видимости до 350 км. ( в диапазоне 118-137,975 МГц с шагом 25 кГц) Устанавливается два комплекта (основной и резервный).

2. Предназначен для дальней связи до 3000 км. в диапазоне 2-30 МГц, с шагом 1000Гц (2800 каналов). Устанавливается один или два комплекта.

3. Предназначен для подачи сигнала бедствия. Две частоты: первая – 121,5 МГц, и вторая 243 МГц.

В полярных и приполярных районах необходима радиостанция с диапазоном 325 – 530 кГц.

Станция спутниковой связи.

Основное назначение заключается в организации служебной связи, организация связи пассажиров с абонентами, находящимися на земле.

ССС обеспечивает высококачественную цифровую связь с высокой степенью надежности в любой точке земного шара.

Экипаж с помощью ССС получает доступ к службе обеспечения полетов, в том числе метеослужбе.

Все изменения об условиях полета поступают в реальном масштабе времени. С борта на землю через спутник передаются данные для управления полетом (о количестве топлива, показания приборов, времени прилета).

Используя эту информацию, наземные службы могут лучше спланировать время обслуживания ЛА и скорректировать его трассу. Также экстренные сообщения (об угоне, аварийной ситуации).

Дополнительная аппаратура:

- радиолакационный ответчик ОВД;

- система селективного вызова

- система адресной связи;

- система внутренней связи экипажа;

- связь с пассажирами;

А) Для работы с наземными, аэродромными, трассовыми и вторичными радиолокационными службами ОВД. В зоне действия радиолокационный ответчик обеспечивает выдачу координатной отметки местоположения, информацию о высоте и номере ЛА.

Более современные системы также имеют возможность приема информации служебным ОВД.

Fпер = 1090+0,06МГц

Fпер = 1030 МГц

Б) Позволяет осуществление конкретного ЛА с наземной станции по радиолокаторам.

Панель кодировки --- борт;

Панель кодировки ---- земля;

В) Использование существующего радиосвязного оборудования для передачи с ЛА на землю и обратно цифробуквенной информации в формате ACARS;

Г) Обеспечивает двухстороннюю телефонную связь между:

- экипажем;

- экипажем и бортпроводниками;

- бортпроводниками;

А так же обеспечивает радиосвязь экипажа через любую из бортовых радиостанций, прослушивание экипажем сигналов опознавания РНС звуковых сигналов маркерных радиомаяков, прослушивание экипажем специальных звуковых и речевых сообщений, формируемыми бортовыми системами звуковой сигналиции экипажу, вызову бортпроводников.

Д) Обеспечивает:

- голосовую связь от пилота к экипажу и пассажирам;

- усиление записанных сообщений и музыки;

- тональные звонки.

Система автоматического пилотирования

- Предназначена для автоматического пилотирования ЛА.

1. Автоматическое повышение устойчивости и управляемости;

Предназначена для обеспечения требуемых характеристик управления ЛА в ручном режиме, когда автопилот отключен.

Её функции:

- изменение загрузки рычагов управления элеронами и рулем высоты в зависимости от скоростного напора;

- ручная балансировка ЛА по тангажу;

- демпфирование колебаний по курсу или по всем осям;

- изменение коэффициента передачи от педалей до руля направления в зависимости от воздушной скорости и положения закрылков;

- координация, обеспечиваемая механической проводкой от элеронов к рулю направления;

- непосредственное управление подъемной силой, путем управления закрылками, интерцепторами и воздушными тормозами. Согласование отклонения элеронов с интерцепторами.

- изменение эффективности элеронов в зависимости от воздушной скорости и положения закрылков;

- ограничение отклонения закрылков в зависимости от воздушной скорости;

- ограничение отклонения руля направления по режимам полета;

- автоматическое парирование разворачивающего момента при отказе одного двигателя;

- снижение влияния турбулентности и порывов ветра, подавление флаттера;

ТУ-204 основной: 3-х кратно резервированных цифровых блоков. Резервный: аналоговый вычислитель.

Управление:

• Ручное;

• Совмещенное (АСУ активна + пилот активен. При этом измеряются усилия прилагаемые пилотом к штурвалу и пропорционально им формируется управляющие сигналы для достижения требуемого положения ЛА);

• Директорное – автоматическая система управления пассивна(выдаются только сигналы по крену, тангажу, ошибки по скорости. Непосредственное пилотирование осуществляет пилот);

• Автоматическое – без участия пилота;

2. Вычислительная система управления полетом;

Выполняет основные автопилотные функции и управляет автоматической посадкой ЛА. Независимо от включенного режима ВСУП, предотвращает выход ЛА за допустимые пределы по скорости.

Содержит:

- от 1 до 3 вычислителей, содержит все интерфейсные обрабатывающие и управляющие устройства;

- пульт управления системы автопилота;

- блок сигнализации для информирования экипажа о режимах ВСУП и о состоянии системы;

- датчики усилий на штурвале для восприятия усилий приложенных летчиком по крену и тангажу при совмещенном управлении;

- кнопка «ОТКЛ АП»;

- пульт техобслуживания;

ВСУП принимает информацию от первичных систем информации, от РНС, от ЛА(положения закрылков, руля направления, руля высоты и т.д.), от других систем пилотирования.

Выходные сигналы ВСУП поступают на руль высоты, элероны, руль направления.

3. Вычислительная система самолетовождения;

ВСС обеспечивает самолетовождение по оптимальным траекториям, на всех фазах полета в соответствии с заложенным планом полета.

Оптимизация производится по минимальному времени полета, минимальной стоимости, минимальному расходу топлива, максимальной дальности полета.

Для решения этой задачи ВСС формирует и выдает из 3 блоков информацию:

- команды траекторного наведения в вертикальной и боковой плоскости в ВСУП;

- команды управления скоростью и тягой в ВСУТ;

- сигналы отклонения от заданной траектории, для индикации пилотам.

ВСС хранит навигационную базу данных и базу характеристик ЛА. Введенный план полета и навигационные данные пролетаемого участка местности ВСС передает в систему индикации для построения схематичной радионавигационной карты.

Функции ВСС:

- автоматический выбор и постройка бортовых и навигационных систем на наземные радиомаяки VOR,DME,ILS;

- инициализация инерциальных систем перед полетом (установка координат места и магнитного направления);

- расчет расстояния и времени полета до заданной точки пространства;

- расчет времени подъема и снижения до заданной высоты;

- ввод плана полета и корректировка плана;

Состав:

- 1-2 вычислителя;

- 1-2 пульта управления; Перспектива ВСС должна обеспечивать 4-х мерное самолетовождение.

4. Вычислительная система управления тягой;

ВСУТ вычисляет предельную тягу возможную для данного режима полета и осуществляет автоматическое управление тягой двигателей по вычисленной предельной тяге или в ответ на команды других систем управления.

Исполнительный сервопривод задает двигателю необходимую тягу, перемещая ту же самую ручку, которую и использует пилот.

Состав:

- 1-2 вычислителя;

- пульт управления тягой;

- переключатель ВСУТ;

- переключатель для включения перехода на второй круг;

- сервопривод;

- муфта сцепления для отключения сервопривода при отключении ВСУТ;