РЕЗЕРВИРОВАНИЕ БОРТОВЫХ СИСТЕМ. АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Общие вопросы резервирования бортовых систем
автоматического управления

До сих пор мы рассматривали вопросы обеспечения безопасно­сти в одноотказных бортовых системах автоматического управле­ния. Однако, как это было уже показано в § 1 настоящей главы,

безопасность посадки не может быть обеспечена при использова­нии таких систем. Это обстоятельство в основном послужило при­чиной резервирования бортовых систем автоматического управления и ее элементов. Причем, возвращаясь к формуле (4.3), можно ска­зать, что задача резервирования в конечном счете сводится к повы­шению наработки на отказ для резервированной системы. В данном случае под отказом будем понимать полный отказ системы.

Допустим, что на самолете установлена система автоматическо­го управления, состоящая из п одинаковых параллельно работаю­щих каналов. Каждый из каналов работает автономно на управ­ляющую поверхность, разделенную соответственно на п секций. Бу­дем полагать также, что каждый канал снабжен соответствующими блоками контроля, отключающими его при возникновении в нем неисправности. Иначе говоря, на самолет установлена п-отказная система.

В таком случае вероятность полного отказа системы qcl равна произведению вероятностей отказов отдельных каналов qK:

(4.21)

Зависимости (4.3 и 4.21) позволяют перейти к формуле для оп­ределения необходимого числа автономных каналов п бортовой системы, если заданы вероятность отказа qH, время работы системы /р и известна наработка на отказ одного канала Т0.к

(4.22)

Определить потребную наработку на отказ Тол< при заданных значениях <7с, п и /р можно по формуле

(4.23)

Необходимо указать, что формулы (4.22 и 4.23) являются весь­ма приближенными. Однако они позволяют определить порядок ве­личин п и Г0.к. Задаваясь, как и ранее, величинами <7с^О,5’10-7 (ввиду приблизительности расчетов здесь мы не учитываем отка­зов в наземных радиомаяках) и /р = 30 сек, можно рассчитать, что в двухканальной (двухотказной) системе необходима наработка на отказ Тол<^38 ч. Наработка на отказ такого порядка для совре­менных бортовых систем считается очень малой. Вполне реальной можно полагать Го-к~500 ч. Тогда для двухотказной системы при

1 Для того чтобы подчеркнуть, что речь идет о полном отказе системы, в индекс введена буква с. Для упрощения обозначения из индекса опущена бук­ва а. Поэтому в дальнейшем следует учитывать, что для резервированных си­стем q& = qc.

rp = 30 сек вероятность полного отказа еще больше уменьшается и

имеет порядок <?с<0,3* 10-9.

Таким образом, если в момент принятия решения оба канала системы будут исправны, то уровень обеспечения безопасности при выполнении автоматической посадки оказывается достаточно высо­ким. Иначе говоря, необходимый уровень безопасности посадки, для­щейся 30 сек, обеспечивается при использовании двухотказной сис­темы. К этому же выводу мы придем, воспользовавшись формулой (4.21).

Задаваясь наработкой Г0.к для каждого канала /г-отказной сис­темы, можно определить максимальное время работы системы при котором не будет превзойден заданный уровень qc

о. к-

Воспользуемся этой формулой и определим допустимое значе­ние /р для двухотказной системы с наработкой Го. к=500 ч. Для при­нятого уровня <7с=0,5 • 10-7 время £р^400 сек.

С появлением самолетов большой пассажировместимости и сверхзвуковых самолетов проблема регулярности полетов приобре­тает еще более важное значение. На такие самолеты может ока­заться целесообразным устанавливать многоканальные бортовые системы автоматического управления, которые с большой вероят­ностью обеспечат успешную автоматическую посадку самолета на аэродроме назначения и не потребует ухода на запасной аэродром вследствие отказа бортовых посадочных средств. В таком случае время работы системы равно продолжительности всего полета. До­пустим, что длительность полета не превышает 5 ч и что величины qс и Г0.к взяты прежними. Тогда по формуле (4.22) можно опреде­лить, что потребное число каналов бортовой системы должно быть не менее четырех.

Необходимо подчеркнуть, что до сих пор рассмотрение велось нами на примере системы, у которой количество каналов совпадает с числом отказов в отдельных каналах, после которого система пол­ностью отказывает (повторные отказы в каналах не учитываются).

В данном случае это было достигнуто благодаря автономности каналов. Вместе с тем существуют также системы других типов, у которых такое совпадение отсутствует. В дальнейшем нами будет рассмотрена большая группа систем, у которых количество каналов

и число отказов п0 связаны зависимостью я0 = як— 1.

В таких системах после возникновения (пк—1)-го отказа сразу отключаются оба оставшихся канала. Поэтому в общем случае па­раметр п в зависимостях (4.21—4.23) характеризует число отказов в отдельных каналах, после которого система полностью отказыва­ет. С учетом этого обстоятельства можно считать, что для автома­тической посадки с обусловленным ранее уровнем обеспечения бе­зопасности бортовая система автоматического управления должна быть двух-четырехотказной в зависимости от того, на какое время работы она рассчитана.

Если для систем автоматического управления посадкой необхо­димость резервирования диктуется соображениями обеспечения бе­зопасности этапа приземления, то в системах автоматического и ди­ректорного управления для захода на посадку к резервированию трибегают в основном с целью уменьшения вероятности возникно­вения необходимости в уходе самолета на запасной аэродром. Как травило, приборы для директорного захода на посадку устанавли­ваются и для левого, и для правого летчика. Чаще всего для рабо — гы этих приборов используются два вычислителя и два комплекта датчиков сигналов. В таких случаях на самолете имеется резерви­рованная система директорного захода на посадку.

Установка на самолет в случае необходимости дополнительных вычислителей и датчиков сигналов относительно проста и может рыть осуществлена также на самолетах, уже находящихся в зкс — тлуатации.

Значительно сложнее обстоит дело с установкой на самолет ре­зервных рулевых машинок, поскольку при этом затрагивается ос — ювная система управления самолета. Реализация такого мероприя­тия на самолетах, находящихся в эксплуатации, связана с больши­ми затратами и потому оказывается экономически неоправданной. Тоэтому в настоящее время большой парк гражданских самолетов )борудован системами автоматического управления для захода на юсадку, построенными на базе двухканальных систем директорно — ‘0 захода на посадку и одноканальных автопилотов. В соответствии : § 1 данной главы, такие системы могут использоваться до наи­меньшей высоты безопасного ухода самолета на второй круг.

Следует заметить, что за рубежом, главным образом в некото — >ых французских и американских авиационных кругах, существует фугой подход к вопросу резервирования систем автоматического /правления посадкой самолетов. Согласно этому подходу для ав- гоматической посадки пригодны одноотказные системы управления, 5 которых обеспечивается мягкое отключение при отказах. Так, французская фирма Сюд-Авиасьон, выпускающая самолеты «Ка­свелла», оборудованные такими системами, предназначает их чакже для автоматической посадки в условиях посадочных мини­мумов для категории IIIA включительно. Фирма считает, что в этих /словиях необходимая безопасность полета при отказах аппарату — >ы обеспечивается своевременным вмешательством летчика, кото­рому выдается наглядная информация о возникших отказах.

Французская система автоматического управления «Тапир 3» фирмы Сфена с одноотказным автопилотом и частично резервиро — снными датчиками сигналов и вычислителями предназначена для жсплуатации легких самолетов в тех же условиях.