Управление летным экспериментом и автоматизация процесса испытаний опытного самолета

Принцип построения и основные задачи систем управления летным экспериментом. Задачи управления летным экспериментом могут решаться лишь с помощью специализированной информационно-из­

мерительной системы. Бортовая часть этой системы должна иметь следующие основные элементы:

• систему сбора и преобразования бортовой измерительной ин­формации;

• радиотелеметрическую станцию передачи данных с борта испы­тываемого самолета на наземную часть системы приема и обра­ботки информации;

• систему контроля, предназначенную для диагностики бортовой системы измерения и управления ею;

• бортовые магнитные накопители, регистрирующие основную часть измерительной информации, необходимой для сертифи­кации ДА, его функциональных систем и оборудования (при вторичной обработке) и для контроля работы радиотелеметри — ческой станции;

• бортовую цифровую вычислительную машину (БЦВМ), исполь­зуемую для расчета непосредственно на ЛА наиболее важных, необходимых экипажу параметров, а также для управления ин­формационно-измерительной системой сбора данных;

• бортовую систему индикации наиболее «критичных» парамет­ров и отображения той части информации, которая непосред­ственно используется для принятия решения при управлении летным экспериментом.

Наземная часть этой системы имеет следующие основные эле­менты:

• систему приема и регистрации информации с борта испытыва­емого ЛА;

• многопроцессорный комплекс, используемый для обработки данных в реальном масштабе времени, а также для полной об­работки материалов летных испытаний, укомплектованный под­системой отображения и управления (позволяющей передавать необходимые для контроля и управления результаты обработки на экраны графических и аналого-цифровых дисплеев) и под­системой автоматического анализа;

• систему связи, обеспечивающую передачу на борт ЛА данных внешнетраекторных измерений, управляющих команд руково­дителя эксперимента по координации работ участников экспе­римента, а также связь между операторами;

• систему документирования в графической и цифровой формах результатов эксперимента (физических значений параметров дви­жения ЛА, состояния его функциональных систем и оборудо­вания), управляющих команд и состояния экранов дисплеев.

Обработка материалов летных испытаний в системе управления экспериментом может производиться в следующем порядке. Перед

началом эксперимента (заданного режима) определяют средние зна­чения минимального числа контролируемых параметров и осуществ­ляют допусковой контроль заданных параметров. При этом время, необходимое для получения средних значений параметров, не долж­но превышать 0,5 с. Затем обрабатывают в реальном масштабе време­ни те же параметры, но уже в ходе выполнения заданного контрольного маневра. Одновременно рассчитывают некоторые косвенные зави­симости, которые используются в ходе дальнейшей обработки для уточнения программы очередного эксперимента. Полная обработка материалов летных испытаний для определения всех сертифицируе­мых характеристик самолета, его функциональных систем и оборудо­вания выполняется после завершения полета.

К основным задачам системы управления летным эксперимен­том обычно относят:

• диагностику состояния системы измерения;

анализ кондиционности получаемого в ходе летного экспери­мента материала;

• контроль безопасности испытательных полетов, в том числе и в ходе выполнения каждого опыта;

• указание допустимых диапазонов изменения величины иссле­дуемого параметра (характеристики);

• непосредственное оперативное управление самим процессом вы­полнения заданных контрольных маневров (операций, режи­мов, опытов);

• опережающее и сопровождающее моделирование;

• оперативное планирование очередного эксперимента.

Управление летным экспериментом позволяет сократить сроки

летных испытаний опытного самолета, повысить безопасность поле­тов и качество получаемого экспериментального материала. Эффект от применения подобной системы достигается благодаря увеличению объема экспериментов, выполняемых качественно в каждом испыта­тельном полете, и оперативному планированию порядка их проведе­ния, а при необходимости и изменению как порядка, так и самой программы опытов при одновременном повышении уровня безопас­ности каждого испытательного полета.

Существенного эффекта в ходе летных испытаний опытного са­молета можно добиться, сочетая следующие формы управления лет­ным экспериментом:

• текущий контроль чистоты выдерживания летчиком заданных условий проведения эксперимента (в первую очередь жесткий контроль качества выполнения указанных в полетном листе ти­повых маневров и операций), по результатам которого ведущий инженер и летчик-испытатель убеждаются в зачетности этого опыта или необходимости его повторения;

• оперативную корректировку качества пилотирования в ходе са­мого эксперимента, заключающуюся в быстрой передаче лет — чику-испытателю соответствующих команд (и отсутствующей у него информации) с целью обратить внимание на недостаточ­но строгое соблюдение условий выполнения полетного задания и предотвратить необходимость его повторения;

• текущий контроль выполнения условий безопасности полета и быструю передачу летчику-испытателю соответствующих команд с целью предотвратить возникновение критической ситуации или непреднамеренное превышение летных ограничений;

• оперативный количественный анализ поступающей экспресс — информации для оценки качества и зачетности проведенного эксперимента, уточнения программы очередного опыта и при­нятия обоснованного решения о возможности дальнейшего из­менения параметра, оказывающего определяющее влияние на исследуемые процессы, явления или характеристики ДА.

Указанные формы управления летным экспериментом приемле­мы для любых эксплуатационных условий полета, а также при иссле­дованиях различных критических режимов самолета. В предельной области режимов полета лишь более жестко задают условия проведе­ния эксперимента (допустимые изменения определяющего параметра в ряде последовательных опытов, высота полета, на которой прово­дится эксперимент, центровка ЛА, режим работы силовой установки и т. п.) и более жестко регламентируют как допустимые отклонения контролируемого параметра (характеристики) от заданного значения, так и характер допустимых отклонений органов управления. За внеш­ней границей предельной области режимов полета жесткие требова­ния предъявляют к соблюдению определенной последовательности и к темпу отклонения рулей в заданном направлении и на заданную величину.

Требования к общему математическому обеспечению системы уп­равления летным экспериментом. Математическое обеспечение вы­числительного комплекса должно иметь развитую структуру, позво­ляющую операторам и руководителю испытаний своевременно получать всю необходимую информацию для эффективного контроля и управления летным экспериментом. Поэтому к общему математи­ческому обеспечению системы управления летным экспериментом предъявляют соответствующие требования на разработку:

а) языка программирования, обеспечивающего простоту как об­щения, так и отображения;

б) транслятора, обеспечивающего перевод рабочей программы в программу, состоящую из машинных команд ЭВМ;

в) библиотеки стандартных программ, включающей в себя об­щую библиотеку и библиотеку пользователя;

г) операционной системы, облегчающей пользователю отладку программы и сам процесс получения результатов обработки, отобра­жения и управления.

При разработке прикладного математического обеспечения сис­темы управления летным экспериментом должна быть предусмотрена возможность решения таких задач, как:

• ввод данных летного эксперимента как по телеметрическому каналу связи, так и с лент бортовых магнитных накопителей;

• обработка материалов летных испытаний, отображение, доку­ментирование и хранение результатов обработки;

• одновременное отображение текущей и априорной информа­ции и данных, получаемых путем расчетов на ЭВМ;

• сигнализация при достижении любым из контролируемых пара­метров соответствующего уровня заданной величины (напри­мер, 0,75 максимально допустимого значения);

• обеспечение высокой надежности работы как бортовой, так и наземной частей системы управления летным экспериментом.

Математическое обеспечение современных систем управления летным экспериментом включает операционную систему реального времени, обеспечивающую режим обработки телеметрической ин­формации с магнитных накопителей. Предусматривается автомати­зация настройки системы на обработку, управление потоком данных в системе, контроль и диагностику неисправностей, общение экспе­риментаторов с системой и другие операции.

Существует несколько различных режимов функционирования систем обработки: реального масштаба времени; обработки между очередными опытами; пакетной обработки после проведения экспе­римента; настройки оборудования и программного обеспечения.

Прикладное математическое обеспечение состоит из библиотеки модулей и рабочих программ, выполняющих расчеты физических зна­чений параметров, вычисление заданных критериев и показателей, оценку выхода контролируемых параметров за допустимые пределы, отображение на дисплеях, документирование и регистрацию резуль­татов обработки и т. д.

Алгоритмы обработки оптимизируют по быстродействию с за­данной точностью вычислений. Для этого используют предваритель­ные вычисления, рекуррентные формулы, метод скользящего базо­вого интервала, распараллеливание вычислительных алгоритмов, сокращение команд переадресации и передач управления.

Перспективы полной автоматизации летного эксперимента при испытаниях самолетов. Возможность жесткой унификации условий и методов летной оценки динамических свойств и управляемости са­молетов одного класса, их высотно-скоростных, маневренных и дру­гих характеристик требует автоматизации самого процесса управле­ния опытным самолетом во время эксперимента при его испытаниях и сертификации.

Полная автоматизация летного эксперимента при испытаниях самолетов предполагает:

• широкое применение специализированных высокопроизводи­тельных вычислительных систем, обладающих большой памя­тью и развитым математическим обеспечением;

• разработку специального бортового устройства (модели летчи — ка-испытателя с исполнительным приводом и соответствующим набором программ выполнения контрольных маневров, опера­ций, тестов, бортовой ЭВМ и блоком безопасности, с пуль­том управления и соответствующей индикацией), способного обеспечить летчику-испытателю возможность эффективно уп­равлять ходом эксперимента и оперативно оценивать его резуль­таты. Летчик в этом случае сможет полноценно выполнять фун­кции бортового инженера-оператора, задающего (в соответствии с планом испытательного полета), уточняющего и при необхо­димости меняющего программу эксперимента на основании не только своих наблюдений за поведением самолета, работой фун­кциональных систем и оборудования и личных профессиональ­ных ощущений, но и анализа регулярно поступающей к нему на бортовой дисплей информации от ЭВМ и наземного центра управления (по телеметрическому каналу связи);

• разработку достаточно гибких алгоритмов управления летным экспериментом и мини-программ первичной обработки инфор­мации в реальном масштабе времени;

• жесткую регламентацию как последовательности операций в ходе обработки всего потока поступающей информации, так и фор­мы представления конечных результатов.

Все указанные меры могут дополнительно повысить эффектив­ность летного эксперимента, сократить сроки проведения испытаний новых скоростных самолетов и время их доводки, заметно повысить качество и безопасность каждого испытательного полета, уменьшить физическую нагрузку на летчика.