ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВС

4.1. КЛАССИФИКАЦИЯ НАЗЕМНЫХ И БОРТОВЫХ СРЕДСТВ

Техническими средствами обеспечения безопасности полетов (ТСОБП) называют технические системы или отдельные уст­ройства, предназначенные для устранения совместно с экипа­жем или самостоятельно особых ситуаций, вызванных отказами авиационной техники, ошибками авиационного персонала или неблагоприятными внешними условиями. ТСОБП выполняют следующие основные функции: контролируют работу функцио­нальных систем ВС и сигнализируют экипажу об их отказах; отключают отказавшую систему и подключают аварийную или — резервную; информируют экипаж о приближении к критическим режимам полета и «подсказывают» ему алгоритм действий. Са­ми ТСОБП действуют тоже по определенному алгоритму, пре­дотвращая угрозу АП. К ТСОБП предъявляются следующие основные требования:

высокая надежность в течение всего периода эксплуатации. Надежность ТСОБП должна быть по крайней мере на порядок выше надежности основных систем и элементов конструкции ВС; .

высокая точность и быстродействие. Выполнение этого тре­бования может быть обеспечено увеличением разрешающей спо-

собности воспринимающих устройств ТСОБП и уменьшением инерционности их исполнительных устройств;

высокая устойчивость к воздействию помех во избежание их ложного срабатывания;

габаритные размеры, масса и стоимость должны обеспечи­вать экономическую целесообразность при установке их на бор­ту ВС или на земле.

ТСОБП классифицируют по следующим основным призна­кам: назначению, месту установки и степени участия экипажа в устранении особых ситуаций.

По назначению ТСОБП подразделяются на средства конт­роля и сигнализации, сокращения времени вмешательства эки­пажа в управление ВС, ограничения действующих сил и мо­ментов, влияющих на летно-технические характеристики по ус­ловиям БП, и на комплексные ТСОБП, служащие для выпол­нения нескольких функций, объединенных одной целью. К сред­ствам контроля и сигнализации относятся системы и устройства для контроля и сигнализации допустимых значений параметров движения, а также системы сигнализации отказов функциональ­ных систем ВС с использованием звуковых, световых, тактиль­ных и речевых сигналов.

Средства сокращения времени вмешательства экипажа в уп­равление ВС включает в себя: систему включения исполнитель­ных устройств автоматического управления, выполненную по дифференциальной схеме, позволяющую управлять ВС экипажу и автоматическим системам; рулевые приводы, имеющие малые усилия на штоке и поэтому пересиливаемые пилотом-при. отка­зах систем автоматического управления без их отключения; различные устройства отключения систем автоматического уп­равления, позволяющие пилоту при отказе системы быстро взять — управление на себя.

К средствам ограничения действующих сил и моментов, вли­яющих на летно-технические характеристики ВС, по условиям’ БП относятся: ограничители параметров движения ВС, откло­няющие рули; органичители диапазона отклонения рулей при отказе автопилота; ограничители управляющих сигналов (при сигналах выше порогового значения система автоматического управления отключается).

Комплексные технические средства обеспечения БП состо­ят из отдельных перечисленных средств, объединенных для вы­полнения одной задачи (например, системы противообледени — тельная, противопожарная, опасного сближения ВС между со­бой и с землей и др.).

По месту установки все технические средства обеспечения’ БП подразделяются на бортовые и наземные. Бортовые техник ческие средства обеспечения БП предназначены для устранения на борту ВС опасностей с целью предотвращения возникновения особых ситуаций в полете. К ним относятся следующие устрой-

8.7′

■ства и системы: предупреждения выхода ВС на предельные или эксплуатационные ограничения; обеспечения необходимых ха­рактеристик устойчивости и управляемости; выдерживания не­обходимой центровки на всех этапах и режимах полета; пари­рования отказов функциональных систем ВС. Наземные техни­ческие средства также играют важную роль в обеспечении БП. К ним относятся прежде всего средства управления воздушным движением — радиолокаторы, радио — и светотехнические уст­ройства, тренажеры, аварийно-спасательные средства и другие виды наземного оборудования для обеспечения БП.

В зависимости от степени участия экипажа в устранении особых ситуаций различают два вида ТСОБП — активные и пассивные. Активные, воздействуя на функциональные системы ВС, сами ликвидируют последствия отказового состояния. Пас­сивные ТСОБП выдают только сигнал экипажу об отказе или выходе ВС на опасный режим. При этом ликвидацию особых ситуаций осуществляет экипаж.

Работа ТСОБП заключается в следующем (рис. 4.1): сигна­лы с датчиков 1 поступают в вычислитель 2, где они обраба­тываются (блок 3) с целью формирования управляющего сиг­нала (блок 4) для подачи его на исполнительное устройство 5, которое или устраняет особую ситуацию (активные ТСОБП) или-выдает экипажу сигнал (пассивные ТСОБП). Устройство самоконтроля 6 служит для проверки работоспособности от­дельных технических устройств, входящих в ТСОБП,

В настоящее время в ТСОБП применяют следующие основ­ные методы контроля состояния функциональных систем ВС или их — элементов: пороговые, сравнения и пробных сигналов. При пороговом методе контроля ТСОБП выдает командный сигнал при достижении каким-то определяющим параметром своего предельного значения.

Метод сравнения применяется при наличии двух или более — источников информации для контроля функциональной системы (элемента) в сочетании с пороговым методом. Сущность:метода заключается в сравнении сигналов рассогласования после обра­ботки по пороговому методу контроля для формирования команд. Метод сравнения используется для обнаружения тех отказов, которые не проявляются одновременно на всех источ­никах информации, например для контроля работы резервиро­ванных систем (элементов). Этот метод контроля сложнее по технической реализации, чем пороговый метод, но обеспечивает более высокую достоверность распознавания отказа.

4.1. Структурная схема ТСО БП

Метод пробных сигналов основан на реакции контролируе­мо-функциональной системы (элемента) на некоторый пробный сигнал, вырабатываемый специальным устройством в ТСОБП. Сигнал может подаваться непрерывно или дискретно. При не­прерывном сигнале не нарушается функционирование контроли­руемой системы (объекта). Пробный сигнал в этом случае не — должен отражаться на правильной работе контролируемой си­стемы (элемента). Состояние контролируемой функциональной’ системы (элемента) оценивается методом сравнения ответной — и эталонной реакции. При дискретной подаче сигнала контроли­руемая система (элемент) выключается из нормального функ­ционирования на время контроля, поэтому такую схему можно применять в полете только для систем или элементов, которые — молено — отключить на время проверки.

Рассмотрим в качестве примеров некоторые ТСОБП, приме­няемые на современных ВС.

Система ограничения угла атаки. Она предназначена для автоматического предотвращения выхода ВС за допустимые углы атаки по условиям сваливания, потери предельной устой­чивости или тряски. В основе принципа действия этой системы лежат непрерывное сравнивание текущего значения угла атаки — а с его допустимым значением адоп для данного релшма полета и выработка сигнала управления при приближении а к аДОп- (рис. 4.2).

В вычислительное устройство ВУ с датчиков Д1—ДЗ посту­пают сигналы, пропорциональные текущим значениям а, Упр и М. По значению У„р вычислительное устройство определяет ко­эффициент подъемной силы сун (Упр), при котором самолет ста­новится нейтральным по перегрузке; по величине М — значе­ния Су, при котором наступают сваливание сусв (М) и тряска — ВС CyTp (М), а таклщ производную коэффициента подъемной’ силы по углу атаки с%(М).

По этим значениям в ВУ однозначно определяются для дан­ного релшма полета допустимые значения углов атаки потери продольной устойчивости ан, сваливания и тряски (асв и $тр), . которые затем сравниваются с текущим значением угла атаки а. В том случае, если разность меледу « и адоп меньше некото­рого порогового значения АаДОп, ВУ формирует сигнал, который’ усиливается в усилителе У. Этот сигнал приводит в действие исполнительное устройство ИУ, которое через орган управле-

№

ния ОУ уменьшает угол атаки ВС, и при необходимости исполь­зования пилота как резервного звена системы управления вклю­чает звуковую (ЗС) и световую (СС) сигнализации.

Система ограничения вертикальной перегрузки. Она пред­назначена для автоматического предотвращения выхода ВС на максимально допустимые значения вертикальных перегрузок Пудоп (рис. 4.3).

По значениям скоростного напора q, числа М и массы т в вычислительном устройстве ВУ определяется допустимое значе­ние пудоп, которое непрерывно сравнивается с текущим значени­ем пу. Как только разность этих значений Апу достигает некото­рого порогового значения, ВУ формирует сигнал, который после ■усиления приводит в действие исполнительное устройство и включает звуковую (ЗС), световую (СС) и тактильную (ТС) сигнализации.

Система ограничения высоты полета. Она предназначена для автоматического предотвращения снижения ВС ниже ми­нимальной безопасной высоты, определяемой условиями обеспе­чения БП. В основу принципа действия системы положено не­прерывное сравнение текущего значения высоты полета с ми­нимальной безопасной высотой для данного режима полета.

Значения минимальных безопасных высот в зависимости от скорости и режима полета приведены в табл. 4.1.

Рассмотрим структурную схему работы системы ограничения высоты полета (рис. 4.4). Радиолокационная станция РЛС пода­ет в блок опасной высоты БОВ информацию о рельефе местно­сти, на основании которой вычисляется текущее значение мини­мально безопасной высоты Hq. b. В БОВ поступает с радиовысо­томера РВ сигнал о текущем значении истинной высоты поле — 50

Скорость полета истинная, км/ч	Безопасная высота полета, м
при полетах по приборам	прій визу­альных по­лётах
По кругу:
>300	300	100
<300	300	200
Над равниной и холмистой местностью, над водным пространством:
>300	600	100
300—500	600	200
<550	600	—
В горной местности (Н до 2000 м):
>550	900	300
<550	900	— —
В горной местности (#>2000 м):	900	600
>550
<550	900	—

та Я. Величины Я и Яб. в непрерывно сравниваются, и при при­ближении Я к Яб. в £>ОВ формирует сигнал, который после пре­образования осуществляет по определенному закону привод ор­ганов продольного управления ВС на кабрирование, одновре­менно информируя экипаж с помощью звуковой и световой ‘сиг­нализации.

Система прерванного взлета. На этапе взлета ВС в случае, если ВС располагает одной силовой установкой, возможен един­ственный способ предотвращения АП — экстренное прекраще­ние взлета. В другом случае, если ВС имеет несколько силовых^ установок, возможны два исхода: прекращение взлета или его продолжение. Возможность выбора правильного решения нё ис­ключает ошибочных действий экипажа в ОС, вызванных отка­зом силовой установки. В связи с этим возникает необходимость автоматизировать процесс парирования ОС. На рис. 4.5 пред­ставлена структурная схема системы прерванного взлета.

С помощью датчиков Д1—Д5 непосредственно перед взле­том ВС в счетно-решающее устройство ЭВМ вводятся данные о массе от, тяге Р, длине ВПП Авпп, температуре Т и давле-

нии р окружающей атмосферы. По этим исходным данным в. ЭВМ вычисляется дистанция 10, в пределах которой возможно безопасное прекращение взлета. В процессе разбега с датчика, Д6 длины разбега в ЭВМ поступает сигнал о пройденном ВС расстоянии I, который непрерывно сравнивается с сигналом U. Если окажется, что в момент отказа I 10, т. е. имеется запас ВПП, достаточный для прекращения взлета, приводятся в дей­ствие системы отключения оставшихся двигателей и торможе­ния.

Если / >• 10, т. е. безопасное прекращение взлета невозмож­но, ЭВМ формирует сигнал продолжения взлета, который через исполнительное устройство осуществляет отклонение органов управления в сторону парирования возникающих возмущающих моментов вследствие нарушения симметрии тяги двигателей. И в первом, и во втором случаях обеспечиваются звуковая и световая сигнализация, а также приборная индикация, снабжа­ющая экипаж соответствующими рекомендациями.

Система безопасного ухода ВС на второй круг. Статистиче­ские данные о АП свидетельствуют о том, что примерно полови­на всех аварий и катастроф ВС происходит на этапах захода на посадку и посадки, особенно в сложных метеорологических условиях. Поэтому возврастает роль ТСОБП на этих этапах по­лета. К числу автоматических систем, служащих для обеспече­ния БП на этапах захода на посадку и посадки, относится сис­тема безопасного ухода ВС на второй круг (рис. 4.6).

Сигналы датчиков Д1 курсового и Д2 глиссадного .радиома­яков, ДЗ угла тангажа ф, Д4 крена у и Д5 рыскания ф исполь­зуются для непрерывного, сравнения в вычислительном устрой­стве ВУ координат текущей траектории снижения с координа­тами заданной траектории в пороговом устройстве (ПУ) и вы­работки определенного алгоритма управления авиационным двигателем АД через автомат тяги АТ и органами управления ОУ через САУ для обеспечения в случае необходимости пере­вода ВС в режим набора высоты.

В настоящее время автоматизированные системы безопасно­го ухода на второй круг позволяют обеспечивать безопасную посадку пассажирских ВС по второй категории ИКАО.

Система измерения параметров атмосферной турбулентности. Большое значение в обеспечении БП в условиях атмосферной турбулентности имеют автоматизированные системы парирова-

4.7. Структурная схема системы измерения параметров атмосферной турбу­лентности

ния нагрузок на ВС, создаваемых вертикальными порывами вет­ра. Исходную информацию для работы таких систем можно по­лучить с помощью системы измерения параметров атмосферной турбулентности. Ее основное назначение — обнаружение обла­стей атмосферной турбулентности; определение структуры и интенсивности атмосферной турбулентности; выдача сигна­лов в систему автоматического парирования нагрузок на ВС (рис. 4.7).

Бортовая РЛС принимает сигналы, отраженные облаками. Принятые сигналы подаются в систему стробирования СС, ко­торая обеспечивает многоканальный параллельный прием сиг­налов от последовательно расположенных участков просматри­ваемого интервала дальности (10—25 км). Каждый канал обес­печивает просмотр в интервале дальности 200—400 м. Частото­мер Ч измеряет среднюю частоту флюктуации, которая одно­значно связана с дисперсией допплеровских частот отраженного сигнала и интенсивности турбулентности. Напряжение, пропор­циональное средней частоте, подается через пороговое устрой­ство ПУ на индикатор И1, на котором изображаются области атмосферной турбулентности с интенсивностью выше порогово­го опасного уровня. По индикатору И2 определяется среднее квадратическое значение скоростей в турбулентном потоке в любой выбранной области.

Для компенсации перегрузок необходимы данные о текущем распределении вертикальных составляющих скоростей ветра. Распределение вертикальных составляющих турбулентных ско­ростей относительно оси полета ВС можно оценить, учитывая связь объемного распределения вертикальных и горизонталь­ных составляющих скоростей. Обработка этих данных по спе­циальной программе позволяет воспроизвести структуру рас­пределения вертикальных составляющих турбулентных скоро­стей относительно оси полета ВС.