Навигация и самолетовождение FAQ. Инерциальная навигация: вне земных ориентиров Система навигации самолета 24000

АВИАЦИОННЫЕ БОРТОВЫЕ ПРИБОРЫ
приборное оборудование, помогающее летчику вести самолет. В зависимости от назначения авиационные бортовые приборы делятся на пилотажно-навигационные, приборы контроля работы авиадвигателей и сигнализационные устройства. Навигационные системы и автоматы освобождают пилота от необходимости непрерывно следить за показаниями приборов. В группу пилотажно-навигационных приборов входят указатели скорости, высотомеры, вариометры, авиагоризонты, компасы и указатели положений самолета. К приборам, контролирующим работу авиадвигателей, относятся тахометры, манометры, термометры, топливомеры и т.п. В современных бортовых приборах все больше информации выносится на общий индикатор. Комбинированный (многофункциональный) индикатор дает возможность пилоту одним взглядом охватывать все объединенные в нем индикаторы. Успехи электроники и компьютерной техники позволили достичь большей интеграции в конструкции приборной доски кабины экипажа и в авиационной электронике. Полностью интегрированные цифровые системы управления полетом и ЭЛТ-индикаторы дают пилоту лучшее представление о пространственном положении и местоположении самолета, чем это было возможно ранее.

ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ современного авиалайнера более просторна и менее загромождена, чем на авиалайнерах прежних моделей. Органы управления расположены непосредственно "под рукой" и "под ногой" пилота.

Новый тип комбинированной индикации - проекционный - дает пилоту возможность проецировать показания приборов на лобовое стекло самолета, тем самым совмещая их с панорамой внешнего вида. Такая система индикации применяется не только на военных, но и на некоторых гражданских самолетах.

ПИЛОТАЖНО-НАВИГАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ

Совокупность пилотажно-навигационных приборов дает характеристику состояния самолета и необходимых воздействий на управляющие органы. К таким приборам относятся указатели высоты, горизонтального положения, воздушной скорости, вертикальной скорости и высотомер. Для большей простоты пользования приборы сгруппированы Т-образно. Ниже мы кратко остановимся на каждом из основных приборов.
Указатель пространственного положения. Указатель пространственного положения представляет собой гироскопический прибор, который дает пилоту картину внешнего мира в качестве опорной системы координат. На указателе пространственного положения имеется линия искусственного горизонта. Символ самолета меняет положение относительно этой линии в зависимости от того, как сам самолет меняет положение относительно реального горизонта. В командном авиагоризонте обычный указатель пространственного положения объединен с командно-пилотажным прибором. Командный авиагоризонт показывает пространственное положение самолета, углы тангажа и крена, путевую скорость, отклонение скорости (истинной от "опорной" воздушной, которая задается вручную или вычисляется компьютером управления полетом) и представляет некоторую навигационную информацию. В современных самолетах командный авиагоризонт является частью системы пилотажно-навигационных приборов, которая состоит из двух пар цветных электронно-лучевых трубок - по две ЭЛТ для каждого пилота. Одна ЭЛТ представляет собой командный авиагоризонт, а другая - плановый навигационный прибор (см. ниже). На экраны ЭЛТ выводится информация о пространственном положении и местоположении самолета во всех фазах полета.

Плановый навигационный прибор. Плановый навигационный прибор (ПНП) показывает курс, отклонение от заданного курса, пеленг радионавигационной станции и расстояние до этой станции. ПНП представляет собой комбинированный индикатор, в котором объединены функции четырех индикаторов - курсоуказателя, радиомагнитного индикатора, индикаторов пеленга и дальности. Электронный ПНП с встроенным индикатором карты дает цветное изображение карты с индикацией истинного местоположения самолета относительно аэропортов и наземных радионавигационных средств. Индикация направления полета, вычисления поворота и желательного пути полета предоставляют возможность судить о соотношении между истинным местоположением самолета и желаемым. Это позволяет пилоту быстро и точно корректировать путь полета. Пилот может также выводить на карту данные о преобладающих погодных условиях.

Указатель воздушной скорости. При движении самолета в атмосфере встречный поток воздуха создает скоростной напор в трубке Пито, закрепленной на фюзеляже или на крыле. Воздушная скорость измеряется путем сравнения скоростного (динамического) напора со статическим давлением. Под действием разности динамического и статического давлений прогибается упругая мембрана, с которой связана стрелка, показывающая по шкале воздушную скорость в километрах в час. Указатель воздушной скорости показывает также эволютивную скорость, число Маха и максимальную эксплуатационную скорость. На центральной панели расположен резервный пневмоуказатель воздушной скорости.
Вариометр. Вариометр необходим для поддержания постоянной скорости подъема или снижения. Как и высотомер, вариометр представляет собой, в сущности, барометр. Он указывает скорость изменения высоты, измеряя статическое давление. Имеются также электронные вариометры. Вертикальная скорость указывается в метрах в минуту.
Высотомер. Высотомер определяет высоту над уровнем моря по зависимости атмосферного давления от высоты. Это, в сущности, барометр, проградуированный не в единицах давления, а в метрах. Данные высотомера могут представляться разными способами - с помощью стрелок, комбинаций счетчиков, барабанов и стрелок, посредством электронных приборов, получающих сигналы датчиков давления воздуха. См. также БАРОМЕТР .

НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И АВТОМАТЫ

На самолетах устанавливаются различные навигационные автоматы и системы, помогающие пилоту вести самолет по заданному маршруту и выполнять предпосадочное маневрирование. Некоторые такие системы полностью автономны; другие требуют радиосвязи с наземными средствами навигации.
Электронные навигационные системы. Существует ряд различных электронных систем воздушной навигации. Всенаправленные радиомаяки - это наземные радиопередатчики с радиусом действия до 150 км. Они обычно определяют воздушные трассы, обеспечивают наведение при заходе на посадку и служат ориентирами при заходе на посадку по приборам. Направление на всенаправленный радиомаяк определяет автоматический бортовой радиопеленгатор, выходная информация которого отображается стрелкой указателя пеленга. Основным международным средством радионавигации являются всенаправленные азимутальные радиомаяки УКВ-диапазона VOR; их радиус действия достигает 250 км. Такие радиомаяки используются для определения воздушной трассы и для предпосадочного маневрирования. Информация VOR отображается на ПНП и на индикаторах с вращающейся стрелкой. Дальномерное оборудование (DME) определяет дальность прямой видимости в пределах около 370 км от наземного радиомаяка. Информация представляется в цифровой форме. Для совместной работы с маяками VOR вместо ответчика DME обычно устанавливают наземное оборудование системы TACAN. Составная система VORTAC обеспечивает возможность определения азимута с помощью всенаправленного маяка VOR и дальности с помощью дальномерного канала TACAN. Система посадки по приборам - это система радиомаяков, обеспечивающая точное наведение самолета при окончательном заходе на посадочную полосу. Курсовые посадочные радиомаяки (радиус действия около 2 км) выводят самолет на среднюю линию посадочной полосы; глиссадные радиомаяки дают радиолуч, направленный под углом около 3° к посадочной полосе. Посадочный курс и угол глиссады представляются на командном авиагоризонте и ПНП. Индексы, расположенные сбоку и внизу на командном авиагоризонте, показывают отклонения от угла глиссады и средней линии посадочной полосы. Система управления полетом представляет информацию системы посадки по приборам посредством перекрестья на командном авиагоризонте. СВЧ-система обеспечения посадки - это точная система наведения при посадке, имеющая радиус действия не менее 37 км. Она может обеспечивать заход по ломаной траектории, по прямоугольной "коробочке" или по прямой (с курса), а также с увеличенным углом глиссады, заданным пилотом. Информация представляется так же, как и для системы посадки по приборам.
См. также АЭРОПОРТ ; ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ УПРАВЛЕНИЕ . "Омега" и "Лоран" - радионавигационные системы, которые, используя сеть наземных радиомаяков, обеспечивают глобальную рабочую зону. Обе системы допускают полеты по любому маршруту, выбранному пилотом. "Лоран" применяется также при заходе на посадку без использования средств точного захода. Командный авиагоризонт, ПНП и другие приборы показывают местоположение самолета, маршрут и путевую скорость, а также курс, расстояние и расчетное время прибытия для выбранных путевых точек.
Инерциальные системы. Инерциальная навигационная система и инерциальная система отсчета являются полностью автономными. Но обе системы могут использовать внешние средства навигации для коррекции местоположения. Первая из них определяет и регистрирует изменения направления и скорости с помощью гироскопов и акселерометров. С момента взлета самолета датчики реагируют на его движения, и их сигналы преобразуются в информацию о местоположении. Во второй вместо механических гироскопов используются кольцевые лазерные. Кольцевой лазерный гироскоп представляет собой треугольный кольцевой лазерный резонатор с лазерным лучом, разделенным на два луча, которые распространяются по замкнутой траектории в противоположных направлениях. Угловое смещение приводит к возникновению разности их частот, которая измеряется и регистрируется. (Система реагирует на изменения ускорения силы тяжести и на вращение Земли.) Навигационные данные поступают на ПНП, а данные положения в пространстве - на командный авиагоризонт. Кроме того, данные передаются на систему FMS (см. ниже). См. также ГИРОСКОП ; ИНЕРЦИАЛЬНАЯ НАВИГАЦИЯ . Система обработки и индикации пилотажных данных (FMS). Система FMS обеспечивает непрерывное представление траектории полета. Она вычисляет воздушные скорости, высоту, точки подъема и снижения, соответствующие наиболее экономному потреблению топлива. При этом система использует планы полета, хранящиеся в ее памяти, но позволяет также пилоту изменять их и вводить новые посредством компьютерного дисплея (FMC/CDU). Система FMS вырабатывает и выводит на дисплей летные, навигационные и режимные данные; она выдает также команды для автопилота и командного пилотажного прибора. В дополнение ко всему она обеспечивает непрерывную автоматическую навигацию с момента взлета до момента приземления. Данные системы FMS представляются на ПНП, командном авиагоризонте и компьютерном дисплее FMC/CDU.

ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ РАБОТЫ АВИАДВИГАТЕЛЕЙ

Индикаторы работы авиадвигателей сгруппированы в центре приборной доски. С их помощью пилот контролирует работу двигателей, а также (в режиме ручного управления полетом) изменяет их рабочие параметры. Для контроля и управления гидравлической, электрической, топливной системами и системой поддержания нормальных рабочих условий необходимы многочисленные индикаторы и органы управления. Индикаторы и органы управления, размещаемые либо на панели бортинженера, либо на навесной панели, часто располагают на мнемосхеме, соответствующей расположению исполнительных органов. Индикаторы мнемосхем показывают положение шасси, закрылков и предкрылков. Может указываться также положение элеронов, стабилизаторов и интерцепторов.

СИГНАЛИЗАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА

В случае нарушений в работе двигателей или систем, неправильного задания конфигурации или рабочего режима самолета вырабатываются предупредительные, уведомительные или рекомендательные сообщения для экипажа. Для этого предусмотрены визуальные, звуковые и тактильные средства сигнализации. Современные бортовые системы позволяют уменьшить число раздражающих тревожных сигналов. Приоритетность последних определяется по степени неотложности. На электронных дисплеях высвечиваются текстовые сообщения в порядке и с выделением, соответствующими степени их важности. Предупредительные сообщения требуют немедленных корректирующих действий. Уведомительные - требуют лишь немедленного ознакомления, а корректирующих действий - в последующем. Рекомендательные сообщения содержат информацию, важную для экипажа. Предупредительные и уведомительные сообщения делаются обычно и в визуальной, и в звуковой форме. Системы предупредительной сигнализации предупреждают экипаж о нарушении нормальных условий эксплуатации самолета. Например, система предупреждения об угрозе срыва предупреждает экипаж о такой угрозе вибрацией обеих штурвальных колонок. Система предупреждения опасного сближения с землей дает речевые предупредительные сообщения. Система предупреждения о сдвиге ветра дает световой сигнал и речевое сообщение, когда на маршруте самолета встречается изменение скорости или направления ветра, способное вызвать резкое уменьшение воздушной скорости. Кроме того, на командном авиагоризонте высвечивается шкала тангажа, что позволяет пилоту быстрее определить оптимальный угол подъема для восстановления траектории.

ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ

"Режим S" - предполагаемый канал обмена данными для службы управления воздушным движением - позволяет авиадиспетчерам передавать пилотам сообщения, выводимые на лобовое стекло самолета. Сигнализационная система предупреждения воздушных столкновений (TCAS) - это бортовая система, выдающая экипажу информацию о необходимых маневрах. Система TCAS информирует экипаж о других самолетах, появляющихся поблизости. Затем она выдает сообщение предупредительного приоритета с указанием маневров, необходимых для того, чтобы избежать столкновения. Глобальная система местоопределения (GPS) - военная спутниковая система навигации, рабочая зона которой охватывает весь земной шар, - теперь доступна и гражданским пользователям. К концу тысячелетия системы "Лоран", "Омега", VOR/DME и VORTAC практически полностью вытеснены спутниковыми системами. Монитор состояния (статуса) полета (FSM) - усовершенствованная комбинация существующих систем уведомления и предупреждения -помогает экипажу в нештатных летных ситуациях и при отказах систем. Монитор FSM собирает данные всех бортовых систем и выдает экипажу текстовые предписания для выполнения в аварийных ситуациях. Кроме того, он контролирует и оценивает эффективность принятых мер коррекции.

ЛИТЕРАТУРА

Духон Ю.И. и др. Справочник по связи и радиотехническому обеспечению полетов. М., 1979 Боднер В.А. Приборы первичной информации. М., 1981 Воробьев В.Г. Авиационные приборы и измерительные системы. М., 1981

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

- (бортовые СОК) технические средства, предназначеные для регистрации и сохранения полетной информации, характеризующей условия полёта, действия экипажа и функционирование бортового оборудования. СОК используются для: анализа причин и… … Википедия

Совокупность методов и средств для определения действительных и желаемых положения и движения летательного аппарата, рассматриваемого как материальная точка. Термин навигация чаще применяется к длительным маршрутам (суда, самолеты, межпланетные… … Энциклопедия Кольера

Совокупность прикладных знаний, позволяющих авиационным инженерам на занятий в области аэродинамики, проблем прочности, двигателестроения и динамики полета летательных аппаратов (т.е. теории) создать новый летательный аппарат или улучшить… … Энциклопедия Кольера - метод измерения ускорения судна или летательного аппарата и определения его скорости, положения и расстояния, пройденного им от исходной точки, при помощи автономной системы. Системы инерциальной навигации (наведения) вырабатывают навигационную… … Энциклопедия Кольера

Устройство для автоматического управления самолетом (удержания на заданном курсе); применяется в длительных перелетах, позволяет летчику отдохнуть. Приборы того же принципа действия, но отличающиеся конструктивно, используются для управления… … Энциклопедия Кольера

Совокупность предприятий, занятых конструированием, производством и испытаниями самолетов, ракет, космических аппаратов и кораблей, а также их двигателей и бортового оборудования (электрической и электронной аппаратуры и др.). Эти предприятия… … Энциклопедия Кольера

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени академика С.П. КОРОЛЕВА»

П.Г. Шабалов,

В.И. Соловьев,

Е.Ф. Галкин

Навигационные системы

САМАРА 2006

3Министерство образования и науки российской федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени академика С. П. КОРОЛЕВА

П.Г. Шабалов, В.И. Соловьев, Е.Ф. Галкин

Навигационные системы

Учебное пособие

САМАРА 2006

С.П. Шабалов, В.И. Соловьев, Е.Ф. Галкин. Навигационные системы: Учеб. пособие. Самар. гос. аэрокосм. ун-т. Самара, 2006, 84 с.

В данном учебном пособии представлены сведения о навигационной системе базового самолета МиГ-29, рассмотрена общая характеристика, роль и место в системах электроснабжения летательных аппаратов, а также принцип действия и конструктивное исполнение данных систем. Основное внимание уделено рассмотрению вопросов теории построения навигационных систем, объясняющей принцип действия, рассмотрены основные характеристики и процессы физических явлений, возникающие при работе системы. В учебном пособии также изложены конструкция, основные технические данные, правила эксплуатации и взаимодействие с другими системами навигационной системы самолета МиГ-29.

Данное пособие предназначено для студентов, обучающихся на военной кафедре СГАУ. И предназначено для студентов ВУЗов, обучающихся по военно-учетным специальностям ВВС.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева

Рецензент: Г.И. Леонович, М.Н. Ковалев

ISBN © Самарский государственный

аэрокосмический университет, 2006

Условные обозначения……………………………………………………5

Предисловие ………………………………………………………………7

Введение……………………………………………………………………8

1.Навигационные системы (НС)

1.1. Задачи и методы навигации………………………………………..…11

1.2. Навигационные системы координат (СК)……………………..……12

1.3. Системы воздушно-доплеровского счисления пути…………..…..22

2. Инерциальные навигационные системы (ИНС)

2.1. ИНС - общие сведения, принципы построения…………………....24

2.2. Принцип действия и методические погрешности акселерометров……………………………………………………….27

2.3. Классификация, принципы построения и работы гиростабилизаторов…………………………………………...……..35

3. Инерционная Курсовертикаль (ИКВ)

3.1. Система "ИКВ-1": назначение, алгоритмы функционирования,

состав и режимы работы…………………..……….…………………39

3.2. Режим начальной выставки ИКВ-УВ и ТВ...……………………….43

3.3. Рабочие режимы ИКВ…………………….....……………………….50

4 Навигационные системы СН-29

4.1. Общие сведения о навигационном комплексе типа СН-29………..57

4.2. Информационный комплекс вертикали и курса ИК-ВК-80…...…...60

4.3. Режимы подготовки (выставки). Ускоренная выставка………........64

5. Режимы работы ИК-ВК-80.

5.1. Нормальная выставка (НВ). Режим повторного запуска (РПЗ)……71

5.2. Рабочие режимы горизонтальных каналов…………………...……..74

5.3. Рабочие режимы каналов курса…………………………………..….77

5.4. Особенности эксплуатации ИК-ВК-80…………………………..…..80

Список использованных источников……………………………………..84

Условные обозначения

АНУ - автоматическое навигационное устройство

АОр - азимут ориентира

БК - блок коррекции,

БУГ - блок усилителей гиродатчика

БЦВМ - бортовая цифровая вычислительная машина

ГБ - гироблоки

ГВК - гирофлексами

ГПК-гирополукомпас

ГСП - гиростабилизированная платформа

ДС - двигатель стабилизации

ЗК – задатчик курса

ИД - индукционный датчик магнитного курса

ИКВ - инерциальные курсовертикали

ИПМ - исходный пункт маршрута

КМ - коррекционный механизм

КПМ - конечный пункт маршрута

ЛА – летательный аппарат

ЛЗП - линии заданного пути

МК - магнитная коррекция

МС - место самолета

НОМ - начальный ортодромический меридиан

НПУО - путевой угол ортодромии

НРК - наружная (внешняя) рама крена

НС- навигационная система

ОЭ - ортодромический экватор

ОМ - ортодромический меридиан

П - пеленг цели

ПК - пульт контроля

ПНД - пульт ввода начальных данных

ПНК - пилотажно-навигационные комплексы

РСБН- радиосистема ближней навигации

РК – радиокомас

РПЗ - Режим повторного запуска

СВС – система воздушных сигналов

СК - системы координат

САУ – система автоматического управления

ТВ – точная выставка

УД - угол доворота

УВ - ускоренная выставка

Предисловие

Во время полета пилоту необходимо четко ориентироваться в пространстве для выполнения поставленной задачи. Для определения места самолета в пространстве необходима некая система, которая определяла бы положение самолета относительно земной поверхности, а также угловое положение ЛА в выбранной системе координат. Эти задачи в полном объеме решают различные типы НС.

НС тесно связана с другими системами и комплексами ЛА, и использует электрические сигналы, пропорциональные параметрам окружающей среды, полученные другими системами и датчиками(СВС, ДИСС, РСБН).

Без данной системы немыслимо управлять современными ЛА. И при помощи стараний разработчиков она органично вписана в электрооборудование воздушных судов.

Учебное пособие поможет разобраться с общим принципом построения НС и подробно изучить конкретные системы(ИКВ-1, ИКВ-УВ, СН-29, НК-ВК-90, ИК-ВК-80).

Данное учебное пособие разработано таким образом, чтобы стали понятны основные тенденции развития НС, с одной стороны, и подробно изучены системы, реально применяющиеся в настоящее время в рядах вооруженных сил РФ. В пособии собраны все необходимые сведения для подробного ознакомления с данной тематикой.

Введение

Полет самолета по заданному маршруту вне видимости Земли возможен только по приборам, которые могли бы показывать положение самолета относительно горизонта и определять его курс и координаты в системе координат, связанной с Землей. В этом случае очень важны такие понятия, как траектория и маршрут полёта.

Линию движения самолета в пространстве называют траекторией, а проекцию траектории на поверхность Земли - маршрутом полета.

Положение самолета относительно горизонта и его курс определяются приборами, которые в совокупности образуют единый пилотажно-навигационный комплекс.

Навигационные системы представляют собой централизованные устройства, объединяющие индукционные (магнитные), гироскопические, астрономические и радиотехнические средства измерения параметров полёта. В навигационных системах автоматизируется процесс коррекции ошибок отдельных компасных датчиков и снижается общий уровень ошибок до минимального значения; улучшаются динамические свойства курсовой системы в целом и облегчается анализ выходной информации. Они имеют повышенную помехозащищенность и обладают достаточной автономностью применения.

Целью авиационной навигации является вывод самолета в заданное время в заданную точку пространства. Отсюда можно сделать вывод, что навигация - наука о методах и средствах вождения подвижных объектов. Главной задачей навигации является определение координат местоположения объекта.

В настоящее время задачи навигации решают в основном позиционным методом и методом счисления пути.

Позиционный метод состоит в определении координат местоположения самолета из геометрических соотношений по измеренным расстояниям и углам взаимного расположения самолета и известных точек (ориентиров, радиомаяков, светил). На этом методе основаны способы астрономической, радиотехнической навигации, а также визуальная ориентировка.

Счисление пути заключается в вычислении траектории движения самолета по измерениям величины и направления его скорости и координатам начальной точки движения. Для измерения скорости движения самолета могут использоваться измерители воздушной скорости, доплеровские измерители скорости и инерциальные навигационные системы. Направление движения самолета определяется с помощью курсовых приборов. В зависимости от типа применяемых измерителей различают курсо-воздушные, курсо-доплеровские и инерциальные способы счисления пути.

В данном разделе нельзя не упомянуть, что одну из важнейших ролей в решении навигационной задачи играют гироскопические приборы. Положение самолета относительно горизонта и его курс определяются гироскопом с тремя степенями свободы. Направления оси симметрии такого гироскопа и осей его карданового подвеса выбирают в зависимости от назначения прибора. Так, в приборах, предназначенных для определения положения самолета относительно горизонта, ось симметрии гироскопа совмещают с вертикалью, а оси карданового подвеса устанавливают горизонтально.

Широкое применение трехстепенного гироскопа на самолете обусловлено его способностью мгновенно показывать изменения положения самолета в пространстве. Это свойство гироскопа основано на сохранении им своего положения в пространстве при поворотах самолета.

Трехстепенные гироскопы с коррекцией и без нее были одними из первых гироскопических приборов, нашедших широкое применение в авиационной практике. Другими гироскопическими приборами, также уже давно применявшимися на практике, являются двухстепенные гироскопы - указатели поворота для измерения угловой скорости вращения самолета по курсу.

Как трехстепенные, так и двухстепенные гироскопы сначала применялись на самолетах в качестве индикаторных приборов, затем с появлением автопилотов они стали широко применяться в них в качестве чувствительных элементов. Для выполнения этих функций гироскопы снабжаются датчиками, преобразующими угловые перемещения самолета и гироскопа в сигналы электрического тока или перепада давлений.

С развитием самолетов возникла необходимость в создании платформ, которые сохраняли бы неизменным свое положение в пространстве независимо от вращения самолета или ракеты, на которых они устанавливались. В практике наиболее пригодными для этих целей оказались платформы, стабилизированные гироскопами. Такие гиростабилизированные платформы, использующие, как правило, несколько гироскопов, получили в последнее время широкое распространение на самолетах.

Навигационные системы современных самолетов являются комплексными, т. е. они состоят из ряда взаимосвязанных подсистем, реализующих различные методы и способы навигации.

1. НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ (НС)

1.1. Задачи и методы навигации

Различают общую и частную задачи навигации.

ОБЩЕЙ задачей навигации (задачей самолетовождения) является обеспечение перемещения ЛА в заданную точку, по заданной траектории, за определенное время и с необходимой точностью. Решение этой задачи осуществляется с помощью пилотажно-навигационных комплексов (ПНК).

ЧАСТНОЙ задачей навигации является вычисление текущих координат местоположения ЛА. Эта задача решается навигационными устройствами и системами, которые определяют место самолета (МС), то есть координаты проекции его центра масс на поверхность Земли.

Для определения места самолета используются следующие методы: 1)обзорно-сравнительный; 2)позиционный; 3)счисления пути.

1) Обзорно-сравнительный метод заключается в визуальном или автоматическом сравнении наблюдаемой местности или участка неба с географической или звездной картой. Простейшая реализация этого метода состоит в визуальных наблюдениях летчика (экипажа) за внекабинным пространством (особенно в режиме посадки) и экранами обзорных бортовых радиолокационных станций.

2) Позиционный метод заключается в вычислении координат ЛА из геометрических соотношений, когда исходной информацией являются дальности, азимуты (пеленги) или курсовые углы до точек на земной поверхности с известными координатами или высоты и азимуты светил, наблюдаемых с ЛА. Этот метод используется в ближней и дальней радионавигации, а также при применении астрономических средств.

3) Метод счисления пути заключается в интегрировании во времени ускорения или скорости движения центра масс ЛА.

Счисление пути осуществляется на основе воздушного (аэрометрического), доплеровского и инерциального способов навигационных измерений.

При этих методах используются только бортовые технические средства, поэтому они являются автономным, то есть независимыми от работы наземного оборудования.

В последнее время быстрыми темпами развиваются корреляционно-экстремальные навигационные системы, основанные на сопоставлении некоторого физического поля Земли в точке местоположения ЛА с соответствующей картой, хранящейся в памяти бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ). В этих системах могут быть использованы практически все физические поля Земли: рельефы, магнитное, тепловое, гравитационное и др. Выбор поля обусловливается его изученностью и стабильностью. Путем сравнения в БЦВМ карты поля с информацией измерителя этого же поля отыскивается экстремум корреляционной функции, по которому определяется местоположение ЛА относительно принятой навигационной системы координат.

Корреляционно-экстремальные системы чаще всего применяются для коррекции других навигационных систем.

Общее описание вычислительной системы самолетовождения

Вычислительная система самолётовождения (FMS) предназначена для решения задач 3-хмерной навигации самолёта по маршруту, в районе аэропорта, а также выполнения неточных заходов на посадку.

Вычислительная система самолётовождения (FMS) обеспечивает:

выдачу управляющих сигналов в САУ для автоматического управления полётом по заданному маршруту;
решение задач навигации по заданному маршруту полёта, выполнение неточных заходов на посадку в режиме вертикальной навигации;
автоматическую и ручную настройку частоты бортовых радионавигационных систем и систем инструментальной посадки;
управление режимами и диапазоном системы предупреждения столкновения самолетов в воздухе Т2САS;
ручную настройку бортовых систем УКВ и КВ радиосвязи;
управление функцией кода в бортовых ответчиках системы ОрВД;
ввод (модификация) запасного аэропорта.

Функция FMS заключается в передаче в режиме реального времени навигационной информации путём отображения маршрута, выбранного (созданного) экипажем, а также выбранных из базы данных стандартных процедур взлёта и посадки. FMS осуществляет расчёт данных горизонтального и вертикального профиля полёта по маршруту.

Для выполнения функций навигации FMS взаимодействует со следующими системами:

инерциальная навигационная система IRS (3 к-та);
глобальная навигационная спутниковая система (GNSS) (2 к-та);
система воздушных сигналов (ADS) (3 к-та);
КВ радиостанция (2 к-та);
УКВ радиостанция (3 к-та);
ответчик УВД (XPDR) (2 к-та);
система измерения дальности (DME) (2 к-та);
система всенаправленного и маркерного радиомаяков (VOR) (2 к-та);
инструментальная система посадки (ILS) (2 к-та);
система автоматического радиокомпаса (ADF);
система предупреждения экипажа (FWS);
система предупреждения столкновения самолетов в воздухе (Т2САS);
система электронной индикации (CDS);
система автоматического управления (AFCS).

Передняя панель FMS имеет многофункциональный пульт управления и индикации (MCDU).

Рисунок 1. Описание передней панели MCDU

FMS передает сигналы управления на автопилот (AFCS) для управления самолётом:

в горизонтальной плоскости для осуществления навигации на маршруте и в зоне аэропорта (горизонтальная навигация LNAV);
в вертикальной плоскости для взлёта, набора высоты, полёта на крейсерской скорости, снижения, захода на посадку и ухода на второй круг.

FMS передает в CDS местоположение самолёта, маршрут полёта, информацию о текущем навигационном режиме и т.д. Эти данные отражаются на навигационном индикаторе (ND) или основном индикаторе (PFD).

Экипаж использует пульт управления полётом (FCP) для выбора режимов полёта и MCDU, входящий в состав FMS, для ввода плана полёта и других данных о полёте. Экипаж использует многофункциональный пульт управления и индикации для ввода и редактирования данных с помощью клавиатуры.

FMS является единственным средством управления ответчиками системы управления воздушного движения (ATC) и подсистемой предупреждения столкновения в воздухе (TCAS). FMS — основное средство управления радионавигационными системами и резервное средство настройки радиосвязного оборудования.

FMS имеет следующие базы данных:

навигационная база данных;
специальная база данных (маршруты компании);
пользовательская база данных;
база магнитных склонений;
база характеристик самолёта.

Перечисленные выше базы данных и файл конфигурации обновляются при выполнении процедур обслуживания FMS через терминал MAT (системы технического обслуживания), используемый как загрузчик данных ARINC 615-3. Также через MAT выполняется обновление программного обеспечения.

FMS выполняет следующие функции:

Разработка плана полёта;
Определение текущего местоположения;
Прогнозирование траектории полёта на снижении;
Горизонтальная навигация;
Вертикальная навигация на этапе захода на посадку;
Настройка радиосвязного оборудования;
Управление радиосредствами ATC/TCAS;
Управление радионавигационными средствами.

Функциональное описание FMS

На самолётах семейства RRJ установлены два CMA-9000, которые могут работать как в независимом, так и в синхронном режиме. При работе в синхронном режиме CMA-9000 осуществляют обмен результатами соответствующих навигационных вычислений. В независимом режиме каждая CMA-9000 использует результаты собственных навигационных вычислений.

Как правило, CMA-9000 функционируют в синхронизированном режиме, однако переходят в независимый режим, если при работе двух CMA-9000 имеют место следующие условия:

разные базы данных пользователя;
разные версии программного обеспечения;
разные навигационные базы данных;
ошибка связи одной из CMA-9000 при выполнении соединения;
различные фазы полёта более чем 5 секунд;
различные навигационные режимы в течение более чем 10 секунд.

При работе в независимом режиме CMA-9000 оповещает экипаж об изменении рабочих режимов. При этом на MCDU появляется соответствующая индикация IND, а на экране MCDU появляется соответствующее сообщение желтого цвета. При отказе одной из CMA-9000 в полёте другая позволяет выполнить полёт без потери функциональности.

Разработка плана полёта

FMS обеспечивает работу лётчика путём разработки полного плана полёта от пункта взлёта до пункта посадки, включая навигационное оборудование, промежуточные пункты маршрута, аэропорты, воздушные трассы и стандартные процедуры взлёта (SID), посадки (STAR), захода на посадку (APPR) и т.д. План полёта создается экипажем по пунктам маршрута и авиационным трассам с использованием дисплея MCDU или путём загрузки маршрутов авиакомпании из соответствующей базы данных.

База данных пользователя может включать в себя до 400 различных планов полёта (маршруты авиационных компаний) и до 4000 промежуточных пунктов маршрута. План полёта может включать в себя не более 199 промежуточных пунктов маршрута. FMS может выполнять обработку базы данных пользователя, не превышающей 1800 различных промежуточных пунктов маршрута.

В FMS могут быть созданы 3 плана полёта: один активный (RTE1) и два неактивных (RTE2 и RTE 3). Экипаж может вносить изменения в действующий план полёта. При изменении плана полёта создается временный план полёта. Измененный план полёта становится активным при нажатии кнопки EXEC и может быть отменён при нажатии кнопки CANCEL. Отмена ввода неактивного плана не изменяет действующий активный план (RTE1).

Экипаж имеет возможность создать пользовательскую навигационную точку, чтобы в последующем её можно было выбрать из памяти или воспользоваться в случае утраты данных. В базе данных пользователя могут храниться до 10 планов полёта пользователя и до 500 промежуточных пунктов маршрута пользователя.

Экипаж имеет возможность создать временные пункты маршрута, расположенные на участках плана полёта на пересечении радиальной линии, траверза или радиуса от выбранного места на странице FIX INFO. От введённого FIX могут создаваться не более двух радиальных линий/радиусов и не более одного траверза. CMA-9000 осуществляет расчёт предварительных данных (расчётное время прибытия (ETA) и расстояние перелёта (DTG)) с учётом профиля полёта, заданного высотного и скоростного режимов полёта и введённых экипажем параметров ветра на маршруте.

Экипаж самолёта использует CMA-9000 для ввода данных, необходимых для выполнения взлёта и полёта по маршруту (скорость принятия решения (V1), скорость подъёма передней стойки шасси (VR), безопасная скорость взлёта (V2), высоты крейсерского полёта (CRZ), взлётный вес самолёта (TOGW) и т.д.), которые используются для прогнозирования и расчёта характеристик полёта. В ходе полёта CMA-9000 используется для ввода данных захода на посадку (температура, ветер, предполагаемая конфигурация посадки и т.д.). В синхронном режиме все данные, введённые в одну CMA-9000, передаются на другую CMA-9000 с использованием шины синхронизации. CMA-9000 обеспечивает ручной ввод данных местоположения самолета на земле для выставки IRS.

Лётчику доступны следующие навигационные данные:

высота взлётно-посадочной полосы аэропорта назначения;
высота перехода и эшелон перехода, передаваемые на CDS для отражения на PFD;
курс по курсовому радиомаяку ILS, передаваемый на AFCS;
курс взлётно-посадочной полосы аэропорта отправления, передаваемый на AFCS.

FMS передаёт на CDS план полёта, соответствующую выбранному экипажем масштабу (от 5 до 640 морских миль) и типу (ARC, ROSE или PLAN) отображения.

Многорежимная навигация

Для определения местоположения самолёта оба CMA-9000 связаны интерфейсами с навигационными системами. Навигационные системы — IRS, GPS, VOR и DME — выдают навигационную информацию в FMS для определения местоположения самолёта. CMA-9000 постоянно вычисляет местоположение воздушного судна на основе информации, получаемой от GPS (DME/DME, VOR/DME, или INS) и отображает активный режим счисления на дисплеях. FMS управляет заданными навигационными характеристиками (RNP) в соответствии с этапом полёта. При превышении заданного RNP текущим ANP выдается сигнализация экипажу на MCDU.

Навигационная функция включает в себя следующие параметры, которые рассчитываются или поступают непосредственно с датчиков:

местоположение самолёта в текущий момент (PPOS);
путевая скорость (GS);
путевой угол (TK);
текущий ветер (направление и скорость);
угол сноса (DA);
расстояние бокового отклонения от курса (XTK);
погрешность путевого угла (TKE);
заданный путевой угол маршрута (DTK) или курс;
текущая точность навигации (ANP);
заданная точность навигации (RNP);
температура торможения (SAT);
воздушная скорость самолёта (CAS);
истинная скорость самолёта (TAS);
инерциальная вертикальная скорость;
курс (HDG), магнитный или истинный.

В основном рабочем режиме работы данные о широте и долготе поступают непосредственно от датчиков GPS многорежимных приемников (MMR) системы GNSS. Расчёт местоположения выполняется в соответствии со Всемирной геодезической системой координат WGS-84.

Приоритеты использования навигационных режимов:

режим навигации GPS;
режим навигации DME/DME при отказах, пропадании сигналов GPS и потере RAIM;
режим навигации VOR/DME при отказах и пропадании сигналов GPS и DME/DME;
режим навигации INERTIAL при отказах и пропадании сигналов GPS, DME/DME и VOR/DME.

Режимы навигации

Навигация GPS : GPS определяет непосредственное местоположение самолёта, путевую скорость, путевой угол, скорость с Севера на Юг, скорость с Востока на Запад и вертикальную скорость. Для обеспечения полноты функции автономного контроля целостности (RAIM) экипаж самолёта может деселектировать режим GPS или другого недостоверного средства навигации.

Навигация DME/DME : FMS осуществляет расчёт местоположения самолёта с использованием третьего канала приёмников DME. Если местоположение станций DME содержится в навигационной базе данных, FMS определяет местоположение воздушного судна с помощью 3-х станций DME. Рассчитанное во времени изменение местоположения позволяет рассчитать путевую скорость и путевой угол.

Навигация VOR/DME : FMS использует станцию VOR и связанную с ней DME для определения относительного курса и расстояния до станции. FMS определяет местоположение воздушного судна на основании данной информации и учитывает изменение местоположения во времени для определения путевой скорости и путевого угла.

Инерциальная навигация INERTIAL : FMS определяет средневзвешенное значение между тремя IRS. Если действует навигационный режим GPS (DME/DME или VOR/DME), FMS осуществляет расчёт вектора погрешности местоположения между местоположением, рассчитанным с помощью IRS, и текущим местоположением.

При инерциальной навигации FMS корректирует местоположение в своей памяти на основании последнего расчёта вектора сдвига для того, чтобы обеспечить плавный переход из режима GPS (DME/DME или VOR/DME) в инерционный навигационный режим. В случае отказа датчика IRS, FMS осуществляет расчёт сдвоенного смешанного местоположения INS между двумя оставшимися датчиками IRS. При повторном отказе датчика IRS FMS использует оставшийся датчик IRS для расчета местоположения INS.

Навигация методом счисления пути DR : FMS использует для расчёта местоположения самолета последние определённые данные о местоположении, TAS (истинную скорость самолёта), поступающую с ADC, введённый курс и прогноз ветровой обстановки. Экипаж самолёта может вводить в ручном режиме данные о текущем местоположении, путевой угол, путевую скорость, скорость и направление ветра.

Прогнозирование траектории

FMS прогнозирует вертикальный профиль полёта, используя истинные и прогнозируемые навигационные данные. FMS не выполняет расчёт прогнозов для неактивного маршрута и не рассчитывает вертикальный профиль.

Функция прогнозирования траектории осуществляет расчёт следующих параметров псевдо-промежуточных пунктов маршрута: точка окончания набора высоты (T/C), точка начала снижения (T/D) и завершение снижения (E/D).

Осуществляется прогнозирование следующих параметров для каждого промежуточного пункта маршрута действующего плана полёта:

ETA: расчетное время прибытия;
ETE: планируемое время полёта;
DTG: расстояние перелета;
крейсерская высота полёта.

Кроме того, ETA и DTG рассчитываются для точек входа в промежуточные пункты маршрута.

Функция прогнозирования траектории осуществляет расчёт прогнозируемого веса при посадке и оповещает экипаж самолёта в случае, если для выполнения плана полёта потребуется дополнительное топливо.

Функция прогнозирования траектории осуществляет расчёт топлива и расстояния для взлёта, набора высоты, полёта на крейсерской скорости и снижения на основании данных, содержащихся в базе данных рабочих характеристик (PDB).

На этапе расчёта данных для захода на посадку FMS осуществляет расчет скорости захода на посадку на основании данных о скорости ветра при посадке и прогнозируемой скорости Vls, которые выдаются из PDB с учётом предполагаемой конфигурации посадки и посадочного веса.

Функция прогнозирования траектории выводит сообщения на MCDU в случае неправильного набора высоты. Также при снижении и заходе на посадку в режиме вертикальной навигации FMS передаёт первое значение высоты на CDS для отражения на PFD с указанием, следует ли её придерживаться. Кроме того, когда на какой-либо промежуточной точке снижения вводится требуемое время посадки (RTA), функция прогнозирования траектории обновляет ETA до RTA и оповещает экипаж самолёта в случае несоответствия времени.

FMS отправляет данные для индикации на навигационном дисплее по протоколу ARINC 702A и в соответствии с функцией отображения карты, выбранным диапазоном и выбранным режимом карты.

Горизонтальная и вертикальная навигация

Данная функция обеспечивает горизонтальную и вертикальную навигацию совместно с автопилотом для выполнения горизонтального и вертикального плана полёта.

Горизонтальная навигация LNAV

Функция LNAV включает в себя расчёт команд по крену, необходимых для обеспечения полёта в горизонтальной плоскости, рассчитывает и передаёт на индикацию боковое отклонение (XTK) на PFD и ND.

FMS управляет:

В горизонтальной плоскости на маршруте и в зоне аэропорта при выполнении:
- - полёта по заданной последовательности промежуточных пунктов маршрута (ППМ);
  - полёта “Прямо на” (DIRECT-TO) траекторию, ППМ или навигационное радиосредство;
  - поворота с пролетом ППМ или с упреждением;
  - инициализацию процедуры ухода на второй круг (GO AROUND).
При входе в зону ожидания и при полёте в зоне ожидания FMS осуществляет:
- - построение и отображение геометрии зоны ожидания (HOLD);
  - вход в зону ожидания;
  - полёт в зоне ожидания;
  - выход из зоны ожидания.
В горизонтальной плоскости на маршруте:
- - расчёт времени пролёта ППМ и прибытия в конечную точку маршрута;
  - параллельным маршрутом слева или справа от курса действующего плана полёта (OFFSET).

В режиме LNAV FMS может выполнять:

смену активного этапа с ППМ типа FLY-BY на следующий при пересечении биссектрисы угла между линиями пути этих этапов. После пересечения новый этап активируется и становится первым;
смену активного этапа с ППМ (WPT) типа FLY-OVER на следующий, при проходе ACT WPT или пресечении ее траверза;
наведение на точку “Прямо на” (DIRECT-TO) для обеспечения разворота на курс выбранного (введенного в ручную) WPT;
навигацию и наведение на курс входа в зону ожидания “Прямо на фиксированную точку” (DIRECT TO FIX);

FMS обеспечивает безопасное самолётовождение в системе зональной навигации B-RNAV по трассам РФ с точностью ±5 км и ±10 км и в районе аэропорта в системе точной зональной навигации P-RNAV с точностью ±1,85 км.

Функция горизонтальной навигации обеспечивает для CDS навигационные параметры, которые отражаются на PFD или ND.

Функция горизонтальной навигации обеспечивает заход на посадку с использованием неточных средств захода на посадку по GPS.

Ввод (модификация) запасного аэропорта

Вычислительная система самолетовождения (FMS) выполняет ввод запасных аэропортов (RTE2 и RTE3), которые строятся как неактивные маршруты.

Уход на запасной аэропорт может быть спланирован использованием измененного активного маршрута:

Выполнение полёта с активного плана полёта RTE1 на запасной аэропорт RTE2;
Выполнение полёта с активного плана полёта RTE1 на RTE3 с опцией VIA. Точка VIA определена через RTE1 аэропорта взлёта;
Выполнение полёта с активного плана полёта на запасной аэропорт RTE3 с опцией VIA. Точка VIA определена через ППМ (WPT) в аэропорте назначения RTE1 (APP, MAP) для прибытия в аэропорт назначения RTE3.

Настройка радиосвязного оборудования с помощью FMS

Функция настройки радиосвязного оборудования обеспечивает работу трёх различных групп систем: навигационные радиосредства, радиосвязное оборудование, а также радиосредства ATC/TCAS.

Настройка навигационных радиосредств

Навигационные радиосредства, доступные на самолетах семейства RRJ: DME1, DME2, ADF1, ADF2 (опция), VOR1, VOR2, MMR1, MMR2 (ILS, GPS).

FMS является основным средством настройки навигационных радиосредств. Все данные, связанные с настройкой, передаются на радиосредства через пульт управления радиосредствами (RMP). При нажатии кнопки NAV на RMP, настройка с FMS блокируется, и все радиосредства настраиваются с пультов RMP.

Функция настройки навигационных радиосредств осуществляет автоматическую настройку для VOR, DME и ILS в соответствие с планом полёта.

Функция управления радиосредствами передает на CDS для отражения на ND режим настойки выбранной станции VOR и ILS, который может быть автоматическим, ручным с MCDU или с пульта RMP.

Настройка радиосвязного оборудования

Радиосвязное оборудование, доступное на самолётах семейства RRJ: VHF1,VHF2, VHF3, HF1 (опция), HF2 (опция).

Функция настройки радиосвязного оборудования осуществляет настройку связных радиостанций. Основным средством настройки радиосвязного оборудования является пульт RMP. Только после того, как оба пульта RMP вышли из строя или выключены, настройка радиостанции выполняется с помощью FMS.

FMS подключается к радиостанциям через пульт RMP. Функция настройки радиосвязного оборудования получает кодовое значение из концентратора данных, которое приводится в действие в случае выхода из строя или выключения двух RMP. При вводе кодового значения функция настройки радиосвязного оборудования устанавливает режим “com port select” для RMP и позволяет осуществить настройку радиосвязи с MCDU. В противном случае, настройка с FMS запрещена. Пульт RMP не подключается непосредственно к высокочастотным радиостанциям. Настройка осуществляется через концентратор данных кабинета авионики, чтобы обеспечить адаптацию протокола. Радиостанция VHF3 не имеет возможности настраиваться с FMS, только с пультов RMP.

Управление радиосредствами ATC/TCAS (подсистема, которая входит в состав оборудования T2CAS)

Выбор режимов и диапазона TCAS осуществляется с FMS. Экипаж воздушного судна может выбрать на MCDU три режима: STANDBY — ожидание, TA ONLY — только ТА, и TA/RA (режим опасного сближения/режим разрешения конфликта) в следующем диапазоне высот: NORMAL - обычный, ABOVE –“над” и BELOW – ”под”.

Кроме того, экипаж воздушного судна может осуществлять следующие действия по управлению транспондерами ATC:

Выбор активного транспордера;
Выбор режима ATC (STANDBY или ON);
Ввод кода XPDR;
Активация функции ”FLASH” (с MCDU или нажатием кнопки ATC IDENT на центральном пульте);
Управление функцией передачи высоты (ON или OFF).

Кроме того, при активации кнопки "panic" в кабине, функция управления радиосвязью активирует аварийный кодовый сигнал 7500 ATC.

Функция управления радиосвязью проверяет готовность ретрансляторов ATC путем сравнения обратной связи ATC_ACTIVE с командой запуска/ожидания, отправляемой на каждый транспондер ATC. В случае обнаружения неисправности транспондера ATC формируется текстовое сообщение на дисплей.

Функция калькулятора MCDU

Функция MCDU обеспечивает экипаж самолёта калькулятором и конвертером для выполнения следующих преобразований:

метры ↔ футы;
километры ↔ NM;
°C ↔ °F;
американские галлоны ↔ литры;
килограммы ↔ литры;
килограммы ↔ американские галлоны;
килограммы ↔ фунты;
Kts ↔ мили / час;
Kts ↔ километры / час;
километры / час ↔ метры/сек;
футы/мин ↔ метры/сек.

Оборудование FMS

FMS состоит из двух блоков СМА-9000, в состав которых входят вычислитель и MCDU.

Технические характеристики

Вес: 8,5фунтов (3,86кг);
Источник питания: 28В постоянного тока;
Энергопотребление: 45Вт без подогрева и 75Вт с подогревом (старт с подогревом при температуре меньше 5° C);
Пассивное охлаждение без принудительной подачи воздуха;
MTBF: 9500 лётных часов;
Электрический соединитель: на задней панели FMS расположен разъём 20FJ35AN.

CMA-9000 включает в себя:

Базы данных разработанные в соответствии с DO-200A;
Программное обеспечение, разработанное в соответствии с DO-178B, уровень C.
Сложные элементы аппаратуры, разработанные в соответствии с DO-254, уровень B.

Интерфейсы взаимодействия FMS

Рисунок 2. Интерфейс входных сигналов FMS с системами авионики и системами самолёта

Рисунок 3. Интерфейс выходных сигналов FMS к авионике и другим системам самолёта

Отказобезопасность

Оценка функциональных опасностей системы авионики (SSJ 100 aircraft AVS FHA (RRJ0000-RP-121-109, Rev. F) определяет степень опасности функциональных отказных ситуаций FMS как «Сложная ситуация». Вероятность возникновения отдельных видов отказных ситуаций, рассмотренных в RRJ0000-RP-121-109 rev.F, должна соответствовать следующим требованиям:

На всех этапах полётов вероятность не сигнализируемого отказа CMA-9000 не превышает 1.0 Е-05.
На всех этапах полётов вероятность выдачи вводящих в заблуждение навигационных данных от CMA-9000 (горизонтальная или вертикальная навигация) на оба навигационных дисплея ND не превышает 1.0 Е-05.
На всех этапах полётов вероятность выдачи ложного сигнала управления от CMA-9000 для автопилота не превышает 1.0 Е-05.

Оценка безопасности системы авионики (номер B31016HA02), установленной на самолёте RRJ95В (RRJ Avionics System Safety Assessment (J44474AD, I.R.: 02) of the RRJ Avionics Suite (Part number B31016HA02) as installed in the Russian Regional Jet (RRJ) 95В/LR aircraft) показывает, что вероятность возникновения указанных выше отказных ситуаций, составляет:

не сигнализируемого отказа (потери) навигационной информации от FMS - 1,1E-08 на осреднённый час полёта;
выдача вводящих в заблуждение навигационных данных от CMA-9000 (горизонтальная или вертикальная навигация) на оба навигационных дисплея ND – 1,2E-09 на осреднённый час полёта;
выдача ложного сигнала управления от CMA-9000 для автопилота - 2,0E-06 на осреднённый час полёта.

Полученные (J44474AD, I.R.: 02) вероятности возникновения отказных ситуаций соответствуют требованиям по отказобезопасности (RRJ0000-RP-121-109 rev. F).

В соответствии с требованиями для каждой CMA-9000 вероятность выдачи ложных данных по ARINC 429 не превышает 3.0Е-06.

Уровень разработки аппаратного и программного обеспечения FMS (DAL) по DO-178 - уровень C.

Режим с ухудшенными характеристиками

Обе CMA-9000 подключаются в сдвоенном синхронизированном режиме. Выход из строя только одной не означает снижения функциональности FMS. Экипаж может выполнить реконфигурацию в ручном режиме для отражения на дисплеях данных от противоположной CMA-9000 с помощью пульта управления конфигурации (RCP).

В случае неисправности входного сигнала выбора диапазона и/или режима карты от FCP, FMS передает данные о карте по умолчанию — 40 морских миль / ROSE.

При отказе навигационных датчиков FMS обеспечивает режим DR на основании данных о воздушной обстановке и ветре с целью расчёта местоположения воздушного судна. FMS оповещает экипаж воздушного судна о навигации в режиме DR. В режиме DR FMS обеспечивает возможность ввода текущего местоположения, путевой скорости, маршрута, направления и магнитуды ветра. FMS должна принимать введенный курс.

При совместной работе FMS осуществляет обмен с противоположной CMA-9000 для того, чтобы обеспечивать работу в синхронном режиме.

При работе в независимом режиме или в случае неисправности шины данных между двумя FMS, обеспечена возможность изменения канала передачи данных «главный-подчиненный» с обеих панелей MCDU.

Поиск по параметрам

Все типы

Все разделы

Все подразделы

Все варианты

От до

Сбросить

Вернуться к форме поиска

Системы самолета. Школа Пилотов

Самые важные приборы находятся прямо перед пилотом , позволяя ему даже в сложных метеорологических условиях, когда видимость ограничена, получать всю информацию о пространственном положении самолета, параметрах систем.

Слева (справа у 2го пилота) находится Outboard Display Unit или внешний (ближний к борту кабины) дисплей . Этот прибор отображает наиболее важные параметры полета.

На самом верху на дисплее находится очень важная строка - FMA или Flight Mode Annunciations - отображение режимов полета. Левая клеточка служит для отображения режимов работы автомата тяги, средняя - горизонтальной навигации и правая - вертикальной. На картинке мы видим, что двигатели работают на номинале (N1), LNAV в середине показывает, что полет происходит под управлением FMC - Flight Management Computera, бортового компьютера, VNAV SPD означает также, что набором высоты также управляет FMC

Ниже буквы CMD означают, что автопилот подключен.

Слева находится указатель воздушной скорости, сверху над шкалой показана заданная скорость, до которой самолет в настоящий момент разгоняется (на что указывает фиолетовый треугольник заданной скорости и вертикальная зеленая стрелка тренда разгона, которая направлена вверх)

Справа сверху видна заданная высота в 6000 футов и текущая высота между 4600 и 4620 футов, внизу индикатор STD означает, что отсчет высоты происходит по стандартному давлению (или 1013,2 Hpa)

Еще правее виден вариометр - прибор, показывающий вертикальную скорость. В настоящий момент он показывает вертикальную скорость набора высоты в 1800 футов в минуту.

В центре прибора схематически показано пространственное положение самолета, сверху виден указатель крена, который в настоящий момент показывает крен влево (указатель сверху движется обратно крену - крен влево - указатель вправо) около 2х градусов (самолет в левом развороте), в центре видно значение тангажа - то-есть угла оси самолета относительно горизонта (составляет +9 градусов в настоящий момент).

Фиолетовые стрелки, которые образуют крест, называются FD - Flight Directors, они показывают заданное направление полета. Правило, которое действует в полете - директора должны быть в центре (образовывать крест). Либо, если пилот не следует указаниям директоров, они должны быть выключены, в случае визуального полета например.

В самой нижней части прибора показан курс, которым следует самолет и справа фиолетовый указатель показывает заданный курс, на который самолет будет поворачивать

Второй важный дисплей - навигационный, который дает пилоту полную информацию о том, где самолет находится и, что возможно даже более важно, где он будет находится через некотрое время. Итак сверху вниз - слева видим значения скорости, уже знакомую нам GS 259 узлов и TAS, или True Air Speed - истинная воздушная скорость 269 узлов. Первая скорость - это скорость перемещения самолета относительно земной поверхности, самая нужная скорость в навигации. Вторая скорость в основном нужна для того, чтобы гордо сказать - наш самолет летит со скоростью 900км/ч..... потому что данная скорость гораздо менее важна для навигации. Ниже этих двух скоростей видим стрелочку, показывающую направление ветра, ветер нынче 293 градуса 13 узлов.

Слева видна пунктирная линия - это продолженная линия с взлетно-посадочной полосы, с которой только что мы взлетели.

В верхней части прибора видим курс, которым летит наш самолет и пометку MAG - курс магнитный. В высоких широтах система ведет отсчет истинного курса, поскольку магнитный полюс Земли не совпадает с географическим и самолет летал бы кругами, если бы в высоких широтах мы продолжали использовать магнитный курс.

Справа вверху мы видим название следующей навигационной точки, время прибытия в нее (в UTC или GMT - всемирное время) и расстояние до нее в милях.

2,5 означает масштаб в милях - масштаб и внешний вид карты можно изменять с целью решения навигационных задач (об этом чуть позднее). Обычно у пилотирующего самолет пилота на этапах взлета и посадки масштаб небольшой, это обусловлено тем, что он активно решает тактические задачи, и ему необходимо видеть как можно больше деталей.

Оранжевый сдвоенный треугольник показывает положение задатчика курса, такой-же маркер мы уже видели на предыдущем приборе (внизу).

Панель автопилота (MCP)

Очень важная панель для управления самолетом в режиме автопилота и FD (директорными стрелками) в режиме ручного пилотирования.

Слева направо: COURSE - задает курс для полета по навигационному средству, самое частое применение - заход ILS, VOR

Кнопка N1 управления тягой, устанавливает режим двигателя согласно текущего режима, выдаваемого FMS

Кнопка SPEED позволяет включить режим выдерживания заданной скорости (в настоящий момент именно он и подключен)

Кнопка C/O переключает режим скорости в виде числа M или приборной скорости

Ручка под табло IAS/MACH позволяет эту скорость менять

Кнопка LVL/CHG включает режим, при котором самолет снижается на заданной скорости на малом газе, либо набирает высоту на максимуме режима работы двигателя, который задает FMS.

Кнопка VNAV подключает управление набором и снижением высоты от FMS

Далее в центре видим окошко HDG и цифры текущего заданного курса, ручку изменения курса, на которой установлен ограничитель максимального крена для маневров, и кнопку HDG SEL, которая включает режим, при котором самолет будет следовать заданному задатчиком курсу

Еще правее находятся сверху вниз кнопка LNAV - управление курсом идет от FMS

VOR/LOC - управление курсом идет от навигационного средства согласно установленной частоты и курса, выставленного ручкой COURSE.

APP - подключение режима захвата курсоглиссадной системы, используется при заходе на посадку, это - наиболее часто используемый режим захода.

На верхней панели находится:

(слева сверху вниз)

FLT CONTROL (Flight Controls) - подключения гидравлических усилителей для управления рулевыми поверхностями.
- ALTERNATE FLAPS - электропривод закрылок на случай отказа гидравлики и рядом переключатель для управления закрылками.
- SPOILER: выключатели гидравлики интерцепторов.
- YAW DAMPER - система автоматического демпфирования рыскания и управления рулем направления при разворотов для выполнения координированного разворота, разворота без возникновения бокового скольжения.
- Navigation - переключатели источника информации для навигационных систем
- Displays - то-же самое для отображения на дисплеях

Чуть ниже находятся выключатели топливных насосов. По два на бак в целях дублирования. Соответственно у самолета 3 бака - цетральный, левый и правый.

Обычно двигатели питаются или из центрального бака или каждый из своего, однако есть переключатель crossfeed, который открывает канал между баками для питания топливом двигателя с одной стороны на другую.

Еще ниже видим переключатель основных фар, фар бокового света и рулежных фар

В центре сверху находится электропанель

Важные элементы управления:

Под дисплеем мы видим два переключателя индикации DC и AC power (питание постоянным током и переменным соответственно), которые используются для проверки электросистем и индикации парметров питания

BAT - Батарея. Используется для питания основных систем в отстутвии наземного питания или питания от генераторов (двигателей или ВСУ) и запуска ВСУ.
- CAB/UTIL: выключаетли потребителей в салоне
- IFE/SEAT: выключатели потребителей в креслах пассажиров (например музыка)

Чуть ниже находится STANDBY POWER: переключатель источника питания, который нужен для питания систем самолета в случае отказа генераторов, когда с аккумулятора будет подаваться постоянное, а через инвертеры - переменное питание на самые важные системы самолета. Источник переключается как BAT - от батареи, OFF - выключено, AUTO - АВТО (автоматический выбор - нормальное положение)

Еще ниже видим

GND PWR: выключатель питания от аэродромного источника.
- GEN 1,2 (1й - левый, 2й - правый); APU GEN (2x) - генераторы двигателей и APU (ВСУ) с индикацией готовности.

Внизу оверхэда:
- L, R Whiper: дворники
- APU - Выключатель ВСУ
- ENGINE START: стартеры двигателей, левого и правого.
Положения:
- GND - запуск на земле
- OFF - стартер/зажигание выключено

CONT/AUTO - постоянное зажигание/автоматически (включается на взлете и посадке, при болтанке, например, в проливной дождь, для того, чтобы двигатель не “погас”)
- FLT - запуск в полете.

Правее сверху вниз

DOME BRIGHT - "большой свет" в кабине.
PANEL LIGHTS - освещение приборов

EQUIP COOLING: охлаждение оборудования, NORM (NORMAL) - нормальное положение.

EMER EXIT LIGHTS: аварийное освещение в салоне (подсветка "пути к выходу"). Должно быть в ARM ("наготове")

NO SMOKING, FASTEN SEATBELT: "Не курить", "Пристегнуть Ремни" с режимами OFF ON AUTO.

ATTEND, GND CALL: вызов бортпроводницы или наземного техника.

Вторая справа колонка переключателей

WINDOW HEAT: обогрев окон, чтоб не запотели, автоматический

PROBE : обогрев трубки пито - приемника воздушного потока, который жизненно необходим самолету для измерения скорости

WING ANTI-ICE, ENG ANTI-ICE: противообледенительные системы крыльев и двигателей, подключаются в условиях обледенения.

HYD PUMPS: гидравлические насосы. Посредине 2 электрических (вспомогательные) и по бокам 2 приводимые от двигателей (основные).

Чуть ниже индикатор давления в салоне и разницы давления с окружающим давлением (большой прибор) и под ним индикатор скорости изменения давления в кабине (скорость подъема и снижения давления в кабине).

Самая правая колонка приборов

Вверху переключатель индикации - температура в салоне и температура в потоке подаваемого воздуха.

Под ним - датчики температур в салоне и регуляторы температуры

Под ними находится указатель DUCT AIR PRESSURE индикатор - давление в левой и правой системах отбора.

R RECIR FAN: Вентилятор рециркуляции воздуха.

L, R PACK: Кондиционирование салона, левая и правая системы в режимах OFF AUTO HIGH. Обычное положение - AUTO.

ISOLATION: переключение питания этих двух систем от соответствующего отбора от двигателя или автоматическое переключение.

1,2, APU BLEED: отбор воздуха у 1-го и 2-го двигателей и у ВСУ.

Ниже задатчик системы управления давлением в кабине самолета в полете
FLT ALT: высота полета
LAND ALT: превышение аэропорта назначения для автоматического регулирования.

Еще ниже управление огнями

LOGO - подсветка эмблемы авиакомпании на хвосте POSITION - позиционные или навигационные огни на крыльях (красный-зеленый) STROBE - белые проблесковые огни на консолях крыльев ANTI-COLLISION - Красный проблесковый "маяк" WING - освещение на крыло (включается обычно чтоб проверить крыло на обледенение в полете)

Аварийная радиочастота в полёте - 121.5 мГц

Под навигационным комплексом понимают совокупность бортовых измерительных средств и вычислителей, позволяющих определять местоположение и скорость самолета (судна) относительно Земли. Ни один из существующих навигационных измерителей не может полностью решить эти задачи, так как каждый из них в отдельности не обеспечивает необходимой точности, помехозащищенности или надежности.

Задачи, решаемые навигационным комплексом, многообразны. Среди них одной из важнейших является счисление пути, обеспечивающее непрерывное измерение координаты объекта. Основным недостатком систем счисления является ухудшение точности определения координат с увеличением времени работы.

Поэтому для получения требуемой точности счислимые координаты необходимо непрерывно или периодически корректировать на основании информации, поступающей от радиотехнических измерителей, т. е. осуществлять комплексную обработку данных.

Структурная схема типового навигационного комплекса самолета приведена на рис. 22.20 . Основу этого комплекса составляет инерциальная навигационная система (ИНС) на гиростабилизированной платформе. Она измеряет как угловое положение самолета (углы крена, тангажа, рыскания и их производные), так и составляющие ускорения и скорости. Скорость самолета измеряется также с помощью ДИСС и датчика воздушной скорости, входящего в состав системы воздушных сигналов (СВС). В качестве вспомогательного измерителя курса используется система курсовертикали (СКВ). Высота и скорость ее изменения измеряются с помощью радиовысотомеров (РВ). Сигналы этих устройств обрабатываются в вычислительном устройстве, являющемся частью распределенной бортовой вычислительной системы. В качестве систем коррекции координат местоположения самолета используются данные радиотехнических систем ближней РСБН) и дальней (РСДН) навигации (таких, как «Омега», «Лоран-С» или системы с использованием ИСЗ), бортовых РЛС,корреляционно-экстремальных систем, а также данные, получаемые с выхода других измерителей, например астрономических ориентиров, оптических или электроннооптических визиров.

В навигационных комплексах с более высокой степенью интеграции оборудования используются обратные связи (показаны на рис. 22.20 пунктирными линиями). За счет этих связей обеспечиваются коррекция положения гироплатформы ИНС, предварительная настройка ДИСС по данным датчика воздушной скорости или ИНС, установка визиров в предполагаемое местоположение ориентиров и т. п. Так как системы, входящие в навигационный комплекс, определяют навигационные параметры в собственной системе координат, в алгоритмах навигационного вычислительного устройства предусмотрена процедура пересчета данных этих систем в основную систему координат, в которой осуществляется счисление пути.

Навигационный комплекс является составной частью пилотажно-навигационного комплекса (ПНК), который включает в себя также систему автоматического управления самолетом и систему индикации и отображения пилотажно-навигационной информации. ПНК предназначен для навигации и пилотирования самолета на всех этапах полета. В круг задач, решаемых ПНК, помимо непрерывного определения координат местоположения самолета, счисления пути и его коррекции входят программирование маршрута полета, вычисление и передача в САУ управляющих сигналов, выдача информации системам отображения и индикации, автоматический контроль исправности бортовых устройств и систем ПНК, а также автоматическая стабилизация и управление самолетом во всех режимах полета.

Навигационные комплексы морских судов имеют схожую структуру. На рис. 22.21 приведена структурная схема интегрированного навигационного комплекса «Data Bridge» норвежской фирмы «Norcontrol», предназначенного для автоматизации судовождения и предотвращения столкновений. Счисление пути в этом комплексе осуществляется по данным лага и гирокомпаса. В качестве систем коррекции координат местоположения используются навигационные системы Декка (непрерывная коррекция в условиях прибрежного плавания), «Омега», «Лоран-С», а также спутниковая навигационная система «Транзит».

В бортовой ЭВМ реализуются соответствующие алгоритмы преобразования координат и комплексной обработки информации всех навигационных датчиков, а также вырабатываются необходимые сигналы для систем автоматического управления движением судна и системы индикации и отображения обстановки в районе плавания. В систему индикации вводится и радиолокационное изображение, полученное судовой РЛС.

Запишите векторно-матричное уравнение линейного формирующего фильтра, моделирующего траекторию подвижного объекта, и изобразите его структурную схему.

Каким образом можно описать маневрирование движущихся объектов?

В каких случаях уравнение измерений объекта будет линейным?

Когда для решения задачи фильтрации можно воспользоваться результатами теории оценок параметров?

По аналогии с уравнениями (22.21), (22.22) получите уравнение оценки параметров квадратичной траектории и изобразите структурную схему соответствующего нерекуррентного фильтра.

Что представляет собой эффект расходимости оценок в рекуррентных фильтрах и какими способами его можно предотвратить?

Пользуясь выражениями (22.45), (22.46), найдите переходную матрицу дискретной системы при условии, что соответствующая непрерывная система имеет матрицу