623
Цифровий літак
через Швондер
Старші літаки більш надійні, ніж сучасні, тому що вони містять менше електроніки. За допомогою прикладу A-320 я спробую пояснити, як забезпечується надійність та безпека сучасних комп’ютерних літаків.
Що таке Flyby-wire?
На дачу з авіації, управління літаками здійснюється механічно - за допомогою кабелів і тягів, що з'єднуються з управліннями ( шоломом і тумбами) з асинхронами і кермовими колесами і висотами.
У міру збільшення розміру і швидкості повітряного судна, так звані фізичними зусиллями, витраченими пілотом на контроль. Щоб допомогти людині надійшло механізми підвищення (гідро підсилювачі). Незважаючи на те, що вони полегшили роботу пілота, вони все ще контролюються кабелями та тросами. Надійність таких систем управління була забезпечена дублюванням штанг, кабелів та приводів.
Обидві схеми управління – механічні та прискорювачі – все ще використовуються сьогодні, як в малоінженинній авіації, так і на великих літаках, включаючи SR-71 і An-225 Mriya.
У середині-50-х років були розроблені нові, так звані статично нестійкі аеродинамічні макети, які дають значне збільшення маневреності, але не дозволяють літати без постійної корекції. Для протидії виникненню збурень швидше, ніж вони розвивалися. У зв'язку з низькою швидкістю реакції людина не в змозі вирішити цю проблему і електричну систему дистанційного керування (EDSU або Fly-by-wire, FBW) була розроблена для управління статично нестабільним літаком. На основі даних датчиків та контрольних систем ЕДСУ генеруються сигнали для серводинамічних поверхонь (елеронь та ірддер). Що таке, що людина літала ЕДСУ, і ЕДСУ летів літака.
Перший EDSU був аналогом, пізніше цифровим. Зараз ЕДСУ використовується практично на всіх бойових літаках і активно впроваджується в цивільну авіацію. Але в цивільній авіації вони більше не за призначенням суперматеріальності.
Розглянемо реалізацію концепції Fly-by-Wire на прикладі літака A-320.
Якщо ви подивитеся на кабіну A320, замість рульових коліс ви знайдете джойстики (в термінології Airbus - бокові палички) на бічних консолях. Кожна бічна помада оснащена датчиками, даними, з яких обробляється комп'ютерами і, з урахуванням поточного стану, переданого в дію.
A320 має 7 систем керування польотами - 2 ELAC комп'ютери (Елеватор Aileron Комп'ютер), 3 комп'ютери SEC (Комп'ютери для фольги) і 2 комп'ютери FAC (Flight Augmentation Computer).
Питання про апаратні, комп'ютери ELAC працюють на процесорі Motorola 68000, SEC працює на INTEL 80186. посмішка.gif.
Кожен з цих комп'ютерів має 2 модулі - Блок управління та контроль. Насправді це 2 незалежних пристроїв, які отримують і обробляють однакові дані. Але якщо блок моніторингу виявить невідповідність між результатами власних обчислень і результатами розрахунку контрольних блоків, то цей комп’ютер вважається дефектним і його функціями, які беруться за його «партнером». Щоб уникнути можливих помилок, програмне забезпечення управління та моніторингу було розроблено різними групами програмістів на різних мовах. Ім'я *
Навіть у разі повної відмови пари, інші пари зможуть виконувати свої функції. Наприклад, комп'ютер ELAC2 відповідає за стабілізатор триммера. Якщо це не вдається, ELAC2 може зайняти над ELAC1, потім SEC1, потім SEC2. Таким чином, крім паралельних робочих ідентичних блоків, є також дублювання функцій між різними блоками. Це забезпечує багаторазове резервування системи керування рейсом.
Кожна з комп'ютерів має функцію самодіагностики за такими параметрами - контроль процесора (watchdog і Checksums), контроль потужності, вхід і вихідний контроль, контроль зворотного зв'язку. Діагностика вводів здійснюється шляхом порівняння тих же сигналів, отриманих з різних пристроїв.
Існує кілька рівнів керування рухомими комп'ютерними режимами роботи, які називаються «правами» в термінології Airbus.
Перший режим – Нормальне право. Цей режим є основним і найбільш часто використовуваним. Авіаперевізник зобов'язує пілота, але не перевищить критичні значення кута атаки, перевантаження, прокатка і піт, а також дозволить контролювати швидкість, не дозволяючи перевищити максимальні і мінімальні ліміти швидкості для поточного режиму польоту. Цей режим підтримується при відмові будь-якого з 7 комп'ютерів.
При відсутності декількох комп'ютерів активується другий режим, активується ALTERNATE LAW. У цьому режимі підтримується захист від критичних перевантаження, а також від втрати або швидкості.
За допомогою декількох комп'ютерних несправностей активовано третій режим – DIRECT LAW. У цьому режимі сигнали з бічної палички не обробляються і йдуть безпосередньо на сервоприводи.
У разі повної несправності всіх 7 космічних комп'ютерів, A-320 має гідромеханічну резервну систему для звичайного та кроку.
І нарешті. Уся історія А-320, аварія через несправність техніки була тільки один раз - в 1988 році, після чого всі літаки були завершені.
На сьогоднішній день було вироблено близько 5 тис. літаків цієї родини.
Інженери в Boeing ще більш суворі.
У кожному з трьох комп'ютерів Fly-by-Wire системи літака Boeing-777 використовуються три процесори з різних виробників для усунення помилок - Intel 80486, Motorola 68040 і AMD 29050. Всі вони виконують однакові завдання. АДА. Тим не менш, кожен процесор вимагає власної прив'язки і компілятора, що також підвищує надійність системи в цілому. При виявленні різниці в результатах комп'ютер вимкнено. Boeing дзвонить цю «трикутну архітектуру. й
І тепер короткий огляд вітчизняного розвитку - Системи дистанційного керування SDU-10MK.
З 2007 по 2009 рік працював на приладобудуванні підприємства (Ельара, Чебоксар) як провідний інженер для даного продукту. Я пишу в основному з пам'яті, як я зараз працює в іншому місці і не має доступу до технічної документації. Все, що зліва - замітка. Не класифікується.
SDU-10MK (SDU-10MK сер. 2) - 4 рази дублюється аналогово-цифрова система керування повітрям в поздовжніх, поперечних і трекових каналах. Система замінює механічне управління проводкою. Ця система встановлена на літаку СУ-30МК. (головно для ВПС Індії)
2 подвійні джерела живлення. Живлення забезпечується двома незалежними прямими струмовими джерелами з номінальною напругою 27В, що працюють в буфері з батареями, а також двома незалежними джерелами чергування трифазного струму з напругою 115В при частоті 400 Гц. Витримує короткочасні операції в напруги постійного струму до 50 вольт. SSD – система життєзабезпечення. У літаку западуть, чи не зламається СДУ.
Комп'ютери. Комбінований в декількох блоках і шафі. В цілому вони складаються з 60 модулів (читати – друковані плати). Процесні сигнали від датчиків і виписки виконавчих сигналів до рульових машин. Комп'ютери працюють одночасно і генерують середні одержувані сигнали. Система продовжує працювати на двох незалежних збоях в різних каналах комп’ютерів. Це, коли один з комп'ютерів не виходить, його вихідні сигнали починають відрізнятися від сигналів інших комп'ютерів. Якщо зазначений поріг перевищений (знеображений), комп'ютер вимкнений і сигнал видається на голосовий інформативний і контрольний панель. Ви можете спробувати перезапустити його з панелі управління. При декількох збоях сигнали стають нічого порівняти і система йде в режим важкого зв'язку (У такому режимі практично неможливо контролювати бійця, так як він має небалансований аеродинамічний контур і постійно веде його віддалі). Не було жодного катастрофи, пов'язаного з відмовою СДУ-10МК. Я думав, що одна аварія.
Датчики. Перетворення різних фізичних параметрів польоту в електричні сигнали. Датчики СДУ повністю незалежні від інших систем. Це, наприклад, навігаційний комплекс (PNA) і SDS мають аналогічні датчики функціональності. Всі датчики 4 рази. SMS "повідомлення" наступні параметри перельоту:
до Тиск статичний і динамічний (DAD, DDD - абсолютний датчик тиску, диференціальний датчик тиску) для вимірювання швидкості і висоти польоту. Ці параметри повинні бути відомі, так як на різних висотах різна щільність повітря, і при різних швидкостях різна стійкість.
- Кутові опади (DUS, BDG - кутовий датчик швидкості, гіроскопічний блок датчика). Необхідно визначити кутову швидкість обертання навколо осі. СДС миттєво повертає повітряне судно на його оригінальну позицію при будь-яких відхиленнях повітряного каркасу
- Посада контрольної ручки та педаль (DPR - датчик позиції зарезервований). Ці датчики перетворюються в електричний сигнал положення ручки управління в двох площинах (прокат, крок) і педал (курс)
Віддалені. PP, PU - панель управління, панель управління. Призначений для виконання перевірки працездатності СДУ та контролю СДУ при експлуатації, а також для контролю працездатності та перезавантаження системи під час польоту
Рульові вагони. Вони призначені для перетворення електричних сигналів в механічні. Механічні сигнали попередньо змонтовані гідравлічними машинами, які не включають режими роботи.
р.
SSU працює в декількох режимах: зліт, рейс, заправка. Режими розрізняються переважно при співвідношенні передач і функціонуванні індивідуальних дефектованих поверхонь. Наприклад, в режимі «заправка» літак рухається набагато гладкіше, ніж в режимі «світа». Під час польоту система постійно аналізує положення повітряного судна в просторі, швидкості та напрямку польоту і контролює флаксони, шкарпетки, передня горизонтальна сантехніка, рульові колеса і висоту, а також кут відхилення форсунок в вертикальній площині.
Система має обмеження режимів, які не дозволяють пілоту брати літак за свої можливості. При підході граничних режимів ручка пілота починає крутитися потужно, так як якщо площина зараз падає, хоча насправді це імітація.
Технології та контроль якості продукції
Система повністю виконана на вітчизняному елементі. Виробник має власні механічні майстер-класи, виробництво друкованих плат, магазин мікроелектроніки. Система не запечена. Всі друковані плати мають вологозахисне покриття у вигляді 3 шарів лаку. Особливо чутливі до дощок покриті сполукою. На верстатах з ЧПУ виготовляються несучі конструкції.
Якість контролюється на всіх етапах виробництва самі майстер-класами, ОТП та військового представлення. Тестовий звіт продукту можна порівняти з 96 листовим журналом. Після виробництва система тестується близько 2 тижнів.
Решта.
Система проходить екстремальне тестування, і на мій погляд, це найнадійніший електронний продукт на літаку. Випробувано при температурі -60.60 градусів, стружка на години на вібраційних стендах, забруднених сіллю, піском, грибами, фумами. Система важить близько 120 кг. і дуже дорого, але це торговий секрет виробника.
На даний момент були розроблені більш сучасні цифрові аналоги (наприклад, KSU-35), але SDU-10MK все ще виробляється і успішно використовується.
Рисунок 3 показує блок живлення BP-58 від SDU-10U, S (СУ-27) після тестування при низькій температурі. Старша система, яка ще в виробництві.
Джерело:
Старші літаки більш надійні, ніж сучасні, тому що вони містять менше електроніки. За допомогою прикладу A-320 я спробую пояснити, як забезпечується надійність та безпека сучасних комп’ютерних літаків.
Що таке Flyby-wire?
На дачу з авіації, управління літаками здійснюється механічно - за допомогою кабелів і тягів, що з'єднуються з управліннями ( шоломом і тумбами) з асинхронами і кермовими колесами і висотами.
У міру збільшення розміру і швидкості повітряного судна, так звані фізичними зусиллями, витраченими пілотом на контроль. Щоб допомогти людині надійшло механізми підвищення (гідро підсилювачі). Незважаючи на те, що вони полегшили роботу пілота, вони все ще контролюються кабелями та тросами. Надійність таких систем управління була забезпечена дублюванням штанг, кабелів та приводів.
Обидві схеми управління – механічні та прискорювачі – все ще використовуються сьогодні, як в малоінженинній авіації, так і на великих літаках, включаючи SR-71 і An-225 Mriya.
У середині-50-х років були розроблені нові, так звані статично нестійкі аеродинамічні макети, які дають значне збільшення маневреності, але не дозволяють літати без постійної корекції. Для протидії виникненню збурень швидше, ніж вони розвивалися. У зв'язку з низькою швидкістю реакції людина не в змозі вирішити цю проблему і електричну систему дистанційного керування (EDSU або Fly-by-wire, FBW) була розроблена для управління статично нестабільним літаком. На основі даних датчиків та контрольних систем ЕДСУ генеруються сигнали для серводинамічних поверхонь (елеронь та ірддер). Що таке, що людина літала ЕДСУ, і ЕДСУ летів літака.
Перший EDSU був аналогом, пізніше цифровим. Зараз ЕДСУ використовується практично на всіх бойових літаках і активно впроваджується в цивільну авіацію. Але в цивільній авіації вони більше не за призначенням суперматеріальності.
Розглянемо реалізацію концепції Fly-by-Wire на прикладі літака A-320.
Якщо ви подивитеся на кабіну A320, замість рульових коліс ви знайдете джойстики (в термінології Airbus - бокові палички) на бічних консолях. Кожна бічна помада оснащена датчиками, даними, з яких обробляється комп'ютерами і, з урахуванням поточного стану, переданого в дію.
A320 має 7 систем керування польотами - 2 ELAC комп'ютери (Елеватор Aileron Комп'ютер), 3 комп'ютери SEC (Комп'ютери для фольги) і 2 комп'ютери FAC (Flight Augmentation Computer).
Питання про апаратні, комп'ютери ELAC працюють на процесорі Motorola 68000, SEC працює на INTEL 80186. посмішка.gif.
Кожен з цих комп'ютерів має 2 модулі - Блок управління та контроль. Насправді це 2 незалежних пристроїв, які отримують і обробляють однакові дані. Але якщо блок моніторингу виявить невідповідність між результатами власних обчислень і результатами розрахунку контрольних блоків, то цей комп’ютер вважається дефектним і його функціями, які беруться за його «партнером». Щоб уникнути можливих помилок, програмне забезпечення управління та моніторингу було розроблено різними групами програмістів на різних мовах. Ім'я *
Навіть у разі повної відмови пари, інші пари зможуть виконувати свої функції. Наприклад, комп'ютер ELAC2 відповідає за стабілізатор триммера. Якщо це не вдається, ELAC2 може зайняти над ELAC1, потім SEC1, потім SEC2. Таким чином, крім паралельних робочих ідентичних блоків, є також дублювання функцій між різними блоками. Це забезпечує багаторазове резервування системи керування рейсом.
Кожна з комп'ютерів має функцію самодіагностики за такими параметрами - контроль процесора (watchdog і Checksums), контроль потужності, вхід і вихідний контроль, контроль зворотного зв'язку. Діагностика вводів здійснюється шляхом порівняння тих же сигналів, отриманих з різних пристроїв.
Існує кілька рівнів керування рухомими комп'ютерними режимами роботи, які називаються «правами» в термінології Airbus.
Перший режим – Нормальне право. Цей режим є основним і найбільш часто використовуваним. Авіаперевізник зобов'язує пілота, але не перевищить критичні значення кута атаки, перевантаження, прокатка і піт, а також дозволить контролювати швидкість, не дозволяючи перевищити максимальні і мінімальні ліміти швидкості для поточного режиму польоту. Цей режим підтримується при відмові будь-якого з 7 комп'ютерів.
При відсутності декількох комп'ютерів активується другий режим, активується ALTERNATE LAW. У цьому режимі підтримується захист від критичних перевантаження, а також від втрати або швидкості.
За допомогою декількох комп'ютерних несправностей активовано третій режим – DIRECT LAW. У цьому режимі сигнали з бічної палички не обробляються і йдуть безпосередньо на сервоприводи.
У разі повної несправності всіх 7 космічних комп'ютерів, A-320 має гідромеханічну резервну систему для звичайного та кроку.
І нарешті. Уся історія А-320, аварія через несправність техніки була тільки один раз - в 1988 році, після чого всі літаки були завершені.
На сьогоднішній день було вироблено близько 5 тис. літаків цієї родини.
Інженери в Boeing ще більш суворі.
У кожному з трьох комп'ютерів Fly-by-Wire системи літака Boeing-777 використовуються три процесори з різних виробників для усунення помилок - Intel 80486, Motorola 68040 і AMD 29050. Всі вони виконують однакові завдання. АДА. Тим не менш, кожен процесор вимагає власної прив'язки і компілятора, що також підвищує надійність системи в цілому. При виявленні різниці в результатах комп'ютер вимкнено. Boeing дзвонить цю «трикутну архітектуру. й
І тепер короткий огляд вітчизняного розвитку - Системи дистанційного керування SDU-10MK.
З 2007 по 2009 рік працював на приладобудуванні підприємства (Ельара, Чебоксар) як провідний інженер для даного продукту. Я пишу в основному з пам'яті, як я зараз працює в іншому місці і не має доступу до технічної документації. Все, що зліва - замітка. Не класифікується.
SDU-10MK (SDU-10MK сер. 2) - 4 рази дублюється аналогово-цифрова система керування повітрям в поздовжніх, поперечних і трекових каналах. Система замінює механічне управління проводкою. Ця система встановлена на літаку СУ-30МК. (головно для ВПС Індії)
2 подвійні джерела живлення. Живлення забезпечується двома незалежними прямими струмовими джерелами з номінальною напругою 27В, що працюють в буфері з батареями, а також двома незалежними джерелами чергування трифазного струму з напругою 115В при частоті 400 Гц. Витримує короткочасні операції в напруги постійного струму до 50 вольт. SSD – система життєзабезпечення. У літаку западуть, чи не зламається СДУ.
Комп'ютери. Комбінований в декількох блоках і шафі. В цілому вони складаються з 60 модулів (читати – друковані плати). Процесні сигнали від датчиків і виписки виконавчих сигналів до рульових машин. Комп'ютери працюють одночасно і генерують середні одержувані сигнали. Система продовжує працювати на двох незалежних збоях в різних каналах комп’ютерів. Це, коли один з комп'ютерів не виходить, його вихідні сигнали починають відрізнятися від сигналів інших комп'ютерів. Якщо зазначений поріг перевищений (знеображений), комп'ютер вимкнений і сигнал видається на голосовий інформативний і контрольний панель. Ви можете спробувати перезапустити його з панелі управління. При декількох збоях сигнали стають нічого порівняти і система йде в режим важкого зв'язку (У такому режимі практично неможливо контролювати бійця, так як він має небалансований аеродинамічний контур і постійно веде його віддалі). Не було жодного катастрофи, пов'язаного з відмовою СДУ-10МК. Я думав, що одна аварія.
Датчики. Перетворення різних фізичних параметрів польоту в електричні сигнали. Датчики СДУ повністю незалежні від інших систем. Це, наприклад, навігаційний комплекс (PNA) і SDS мають аналогічні датчики функціональності. Всі датчики 4 рази. SMS "повідомлення" наступні параметри перельоту:
до Тиск статичний і динамічний (DAD, DDD - абсолютний датчик тиску, диференціальний датчик тиску) для вимірювання швидкості і висоти польоту. Ці параметри повинні бути відомі, так як на різних висотах різна щільність повітря, і при різних швидкостях різна стійкість.
- Кутові опади (DUS, BDG - кутовий датчик швидкості, гіроскопічний блок датчика). Необхідно визначити кутову швидкість обертання навколо осі. СДС миттєво повертає повітряне судно на його оригінальну позицію при будь-яких відхиленнях повітряного каркасу
- Посада контрольної ручки та педаль (DPR - датчик позиції зарезервований). Ці датчики перетворюються в електричний сигнал положення ручки управління в двох площинах (прокат, крок) і педал (курс)
Віддалені. PP, PU - панель управління, панель управління. Призначений для виконання перевірки працездатності СДУ та контролю СДУ при експлуатації, а також для контролю працездатності та перезавантаження системи під час польоту
Рульові вагони. Вони призначені для перетворення електричних сигналів в механічні. Механічні сигнали попередньо змонтовані гідравлічними машинами, які не включають режими роботи.
р.SSU працює в декількох режимах: зліт, рейс, заправка. Режими розрізняються переважно при співвідношенні передач і функціонуванні індивідуальних дефектованих поверхонь. Наприклад, в режимі «заправка» літак рухається набагато гладкіше, ніж в режимі «світа». Під час польоту система постійно аналізує положення повітряного судна в просторі, швидкості та напрямку польоту і контролює флаксони, шкарпетки, передня горизонтальна сантехніка, рульові колеса і висоту, а також кут відхилення форсунок в вертикальній площині.
Система має обмеження режимів, які не дозволяють пілоту брати літак за свої можливості. При підході граничних режимів ручка пілота починає крутитися потужно, так як якщо площина зараз падає, хоча насправді це імітація.
Технології та контроль якості продукції
Система повністю виконана на вітчизняному елементі. Виробник має власні механічні майстер-класи, виробництво друкованих плат, магазин мікроелектроніки. Система не запечена. Всі друковані плати мають вологозахисне покриття у вигляді 3 шарів лаку. Особливо чутливі до дощок покриті сполукою. На верстатах з ЧПУ виготовляються несучі конструкції.
Якість контролюється на всіх етапах виробництва самі майстер-класами, ОТП та військового представлення. Тестовий звіт продукту можна порівняти з 96 листовим журналом. Після виробництва система тестується близько 2 тижнів.
Решта.
Система проходить екстремальне тестування, і на мій погляд, це найнадійніший електронний продукт на літаку. Випробувано при температурі -60.60 градусів, стружка на години на вібраційних стендах, забруднених сіллю, піском, грибами, фумами. Система важить близько 120 кг. і дуже дорого, але це торговий секрет виробника.
На даний момент були розроблені більш сучасні цифрові аналоги (наприклад, KSU-35), але SDU-10MK все ще виробляється і успішно використовується.
Рисунок 3 показує блок живлення BP-58 від SDU-10U, S (СУ-27) після тестування при низькій температурі. Старша система, яка ще в виробництві.
Джерело:
