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.