КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОННОЙ ИНДИКАЦИИ ЛЕГКОГО МНОГОЦЕЛЕВОГО САМОЛЕТА Российский патент 2003 года по МПК B64D45/00 G01D7/00 G06F17/40 

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и предназначено для использования при осуществлении отображения параметров состояния самолета и бортового оборудования.

Внедрение на самолете автоматизированных (директорных) и автоматических систем управления не всегда приводит к уменьшению числа электромеханических индикаторов, а в некоторых случаях требует их увеличения в соответствии с увеличением числа контролируемых параметров (сигналов о работоспособности и отказах). Поэтому проработка вариантов и степени автоматизации управления самолетом и алгоритмов деятельности летчика должна проводиться с одновременным внедрением новых концепций построения информационно-управляющих полей на рабочих местах членов летных экипажей, предусматривающих создание летчику комфортных условий для сознательного контроля ситуации и собственных действий, а также оперативного его включения в контур управления.

Известен авиационный многофункциональный индикатор, выполненный с жидкокристаллическим экраном, блоком управления режимами работы и магистралью информационно-вычислительного обмена информацией между составными узлами (RU 2178375 С1, В 64 D 45/00, 20.01.2002). Данное устройство обладает расширенными функциональными возможностями и может, в частности, работать в качестве индикатора тактической обстановки, индикатора маловысотного полета, индикатора на лобовом стекле, индикатора обзорных средств, а также многофункционального пульта управления летательным аппаратом и бортовым оборудованием. Вместе с тем его эксплуатационная надежность особенно в сложных условиях работы, например в широком диапазоне температур, оказывается недостаточной.

Наиболее близкой к предложенной является комплексная система электронной индикации, содержащая многофункциональные цветные индикаторы (МФЦИ), коллиматорный индикатор на лобовом стекле (КАИ) и многофункциональный пульт управления (МФПУ), соединенные мультиплексным и резервными радиальными каналами информационного обмена с управляющей БЦВМ, к которой подключены датчики режимных параметров (RU 20592 U1, G 06 F 17/40, 10.11.2001).

Однако в известной системе не используются какие-либо решения по совершенствованию МФЦИ, в связи с чем она также не гарантирует безопасного пилотирования.

Задачей изобретения является повышение эксплутационной эксплуатационной надежности подобной системы.

Поставленная задача решается тем, что в комплексной системе электронной индикации, содержащей МФЦИ, КАИ и МФПУ, соединенные мультиплексным и резервными радиальными каналами информационного обмена с управляющей БЦВМ, к которой подключены датчики режимных параметров, МФЦИ, количество которых доведено до трех, являются полностью взаимозаменяемыми и выполнены с возможностью обеспечения летчика полной пилотажно-навигационной информацией при отказе одного из них и минимальным объемом пилотажно-навигационной информации, необходимой для безопасного пилотирования, при отказе двух из них.

Решению поставленной задачи способствуют также частные существенные признаки изобретения.

В частности, левый МФЦИ используется как пилотажно-навигационный индикатор и несет информацию, достаточную для выполнения любого пилотажного маневра, а также для осуществления самолетовождения на выбранную навигационную точку, центральный МФЦИ используется как пилотажно-плановый индикатор и несет информацию о положении самолета относительно заданной линии пути в горизонтальной плоскости при взлете, полете по маршруту и заходе на посадку, а правый МФЦИ используется как индикатор контроля состояния самолетных систем и несет информацию о конфигурации самолета, работе всех систем и агрегатов.

Два МФЦИ, МФПУ и управляющая БЦВМ соединены по цепям питания с аккумуляторной батареей и выпрямительными устройствами генераторов переменного тока основной или вспомогательной силовых установок.

Внедрение многофункциональных средств отображения информации и органов управления изменяет принцип "каждой бортовой системе свой индикатор (группа индикаторов) и орган управления (группа органов управления)", применяемый на самолетах третьего поколения, на современный принцип "интеграции средств отображения информации и органов управления, меняющих свою функцию по определенному замыслу, в информационно-управляющие поля". Поэтому в настоящее время к информационно-управляющим полям предъявляется целый ряд новых требований, обусловленных тем, что внедряются новые средства и формы отображения информации, которые, как и устанавливаемые органы управления, интегрируют возможности большого числа пультов. Новые требования обусловлены, с одной стороны, возможностью уменьшения габаритов приборных досок наряду с оптимизацией потоков информации в полете между членами экипажа, а также необходимостью представления полетной информации по этапам полета и при возникновении аварийной ситуации. С другой стороны, важное значение приобретает оперативное определение функционального значения минимального числа устанавливаемых органов управления. Этот факт предопределил необходимость обоснования новых принципов построения рациональной компоновки рабочих мест самолета Як-130 (макрокомпоновки) и принципов микрокомпоновки предъявления информации на экранных индикаторах.

На фиг.1 и 2 представлены функциональные схемы предложенной комплексной системы электронной индикации легкого многоцелевого самолета соответственно для одноместного и двухместного (с оператором или инструктором) исполнений.

На схемах обозначены комплексная система электронной индикации 1, управляющая БЦВМ 2, мультиплексный канал информационного обмена (МКИО) 3, локальный канал информационного обмена (ЛКИО) 4, МФЦИ 5, 6, 7, КАИ 8, МФПУ 9, выпрямительное устройство 10, генераторы основной силовой установки (СУ) 11, генератор вспомогательной силовой установки (ВСУ) 12, аккумуляторные батареи 13, система датчиков режимных параметров 14.

Кабина самолета Як-130 выполнена с учетом изложенных выше тенденций развития приборного оборудования перспективных военных самолетов пятого поколения. Особенностью комплексной системы электронной индикации учебно-боевого самолета Як-130 является отсутствие основных и резервных электромеханических приборов.

Индикационное обеспечение пилотажно-навигационных режимов, контроля работы общесамолетного оборудования и боевого применения реализовано с помощью трех МФЦИ 5-7 на жидкокристалической матрице, КАИ 8, МФПУ 9, которые объединены в единую интегральную систему информации с управляющей БЦВМ 2 с мультиплексным 3 и локальным 4 каналами информационного обмена, что позволяет не только предъявлять возрастающий объем информации от различных средств на ограниченной площади приборной доски, но и оптимизировать условия для восприятия количественной приборной и естественной внекабинной информации, повысить ее наглядность. Связь МФЦИ 5-7, КАИ 8 и МФПУ 9 с управляющей БЦВМ 2 осуществлена также резервными радиальными каналами информационного обмена (на схемах не показаны).

В целях повышения живучести два из МФЦИ 5-7 и управляющая БЦВМ 2 подключены к системе энергоснабжения по первой категории, т.е., как уже указывалось, запитываются с помощью выпрямительного устройства 10 генератора переменного тока, основной 11 или вспомогательной 12 силовых установок и аккумуляторных батарей 13.

Принцип взаимозаменяемости индикаторов позволяет при отказе одного из МФЦИ 5-7 обеспечить практически полный объем информации для выполнения пилотажно-навигационной и боевой задачи, а для случая отказа двух из МФЦИ 5-7 разработан специальный информационный кадр "Аварийный", обеспечивающий выдачу минимальной пилотажно-навигационной информации на одном не отказавшем МФЦИ, необходимой для безопасного пилотирования.

Отказ от применения основных и резервных электромеханических приборов позволяет рационально использовать площадь приборной доски, уменьшая при этом степень насыщенности информацией оперативное поле восприятия.

Компоновка кабины выполнена в соответствии с необходимой последовательностью и временными затратами экипажа на контроль системы и использование органов управления. Оперативные пульты (МФПУ, пульты комплексной системы управления, управления закрылками, управления связью) и органы управления (рычаг выпуска-уборки шасси, переключатель аварийного выпуска шасси, включения фар), работа с которыми протекает в условиях дефицита времени, расположены под левую руку. Оборудование, работа с которым осуществляется только правой рукой, требует кратковременного перехвата руля управления самолетом левой рукой. Эти операции проводятся при необходимости переключения каналов авиационного радиокомпаса, изменения температуры в кабине и др. Все они не требуют немедленного исполнения.

Логика распределения индикационной информации на экранах МФЦИ 5-7 и КАИ 8 основана на ряде положений.

Режимы навигации самолета Як-130 включают в себя следующие режимы:
- взлет;
- полет по маршруту;
- "наведение" и "атака";
- возврат на аэродром посадки;
- посадка;
- повторный заход на посадку.

Режимы боевого (учебно-боевого) самолета Як-130 включают в себя:
- наведение;
- атака;
- выход из атаки.

(Все указанные режимы, кроме режима "ВЗЛЕТ", обеспечиваются комплексом в ручном, директорном и автоматическом вариантах. Взлет осуществляется только в ручном варианте.)
Информация на индикаторах (при 4-индикаторном варианте кабины - 3 МФЦИ+КАИ) распределяется следующим образом.

На КАИ 8 размещается основная пилотажная информация - положение самолета в пространстве, данные о высоте, скорости, направлении полета, данные о цели, зоне поражения и указания о применении вооружения. Также могут выдаваться предупреждения об опасных режимах полета и отказах на борту.

Левый МФЦИ 5 представляет пилотажную и навигационную информацию в объеме, достаточном для выполнения задач в сложных метеоусловиях (облаках, над морем, вне видимости горизонта, ночью и т.п.).

Средний МФЦИ 6 представляет тактическую обстановку, навигационные данные или картографическую картинку.

Правый МФЦИ 7 обеспечивает летчика информацией о работе самолетных систем, двигателей, оборудования, выдает рекомендации по действиям в особых случаях, при ошибочных действиях летчика по этапам полета в рамках экспертной системы и информацию с телевизионно-оптических средств поражения.

В случае отказа какого-либо из МФЦИ 5-7 информацию с отказавшего индикатора можно установить на любом другом МФЦИ.

На борту установлен видеомагнитофон, записывающий индикацию с КАИ 8 с закабинным пространством и радиообмен. В случае необходимости можно оперативно заменить записываемый МФЦИ на любой другой.

Основная задача КАИ 8 - выдача прицельной информации летчику на фоне пилотажной. Информация "гибкая" - меняется по этапам полета. Этапы: взлет, полет по маршруту, боевое применение, заход на посадку. Основой в пилотажной информации является вектор скорости, получающий данные, характеризующие движение самолета от инерциальной системы, а при ее отказе - от датчиков углов атаки и скольжения.

При выполнении прицеливания индицируется прицельная марка, показывающая место попадания боеприпаса, зону поражения. При работе по воздушным целям, при наличии данных о цели индицируется метка цели, совпадающая с реальной целью, а при нахождении цели вне поля зрения КАИ 8 - сигнал о направлении на цель. При заходе на посадку на КАИ 8 формируется синтезированная "псевдо" ВПП, совпадающая по местоположению и угловым размерам с реально видимой.

При выполнении режима "ВЗЛЕТ" на формате индицируются следующие символы:
- контур самолета;
- шкала крена (неподвижная);
- шкала тангажа (подвижная);
- шкала курса;
- цифровой счетчик текущей высоты;
- цифровой счетчик приборной скорости;
- указатель режима - надпись "ВЗЛ" (взлет).

При выполнении режима "МАРШРУТ" на формате индицируются следующие символы:
- контур самолета;
- шкала крена (неподвижная);
- шкала тангажа (подвижная);
- шкала курса;
- указатель режима управления: "ДИР" - директорный, "АВТ" - автоматический;
- вектор скорости, получающий данные, характеризующие движение самолета от инерциальной системы;
- символ "ОПАСНАЯ ЗОНА" - появляется на экране за 4-5 секунд до выхода на высоту, с которой необходимо начинать маневр для увода с опасной высоты;
- символ "ОТВ" (отворот от земли) высвечивается за 2 секунды до выхода на опасную высоту и снимается при выходе в безопасные условия полета;
- цифровой счетчик высоты в метрах;
- цифровой счетчик приборной скорости в км/час;
- режим движения в вертикальном канале: "ВЫС" - стабилизация высоты, "ПГ" - приведение к горизонту, "СТБ" - стабилизация углов, "УВОД" - режим увода от земли;
- цифровой счетчик дальности до навигационной точки.

В режиме "ВОЗВРАТ" (возврат на аэродром посадки) на КАИ 8 формируется кадр, идентичный кадру режима "МАРШРУТ", со следующим отличием: вместо указания режима "МАРШРУТ" формируется текст "ВЗВ" (возврат).

В режиме "ПОСАДКА" на формате индицируются следующие символы:
- контур самолета;
- шкала крена (неподвижная);
- шкала тангажа (подвижная);
- шкала курса;
- цифровой счетчик текущей высоты;
- цифровой счетчик приборной скорости;
- заданный курс - курс ВПП;
- режим полета - "ПОС" (посадка);
- указатель режима управления: "ДИР" - директорный, "АВТ" - автоматический;
- вектор скорости, получающий данные, характеризующие движение самолета от инерциальной системы;
- синтезированная "псевдо" ВПП, совпадающая по местоположению и угловым размерам с реально видимой;
- дальность до торца ВПП;
- символ, индицирующий отклонение от курсового и глиссадного радиомаяков.

Мнемокадр КАИ 8 для режима "ПОВТОРНЫЙ ЗАХОД" соответствует мнемокадру для режима "МАРШРУТ" со следующими отличиями:
- индицируется указатель режима - "ПЗ" (повторный заход);
- заданный курс формируется в соответствии с траекторией повторного захода.

Мнемокадр КАИ 8 соответствует мнемокадру "МАРШРУТ" с символами "ОПАСНАЯ ЗОНА", "ОТВОРОТ ОТ ЗЕМЛИ" и появляется текстовый символ "УВОД".

Номенклатура пилотажно-навигационных мнемокадров и мнемокадров контроля состояния самолетных систем на индикаторах МФЦИ 5-7 одна и та же и включает следующие мнемокадры:
- комбинированная пилотажно-навигационная информация: ИКП+НПП;
- навигационно-плановая информация: "ОБЗОР", "МАРШРУТ", "ИТО", "ПОСАДКА";
- контроль состояния самолетных систем: форматы - "ТИПОВОЙ (основной)", "ДВИГАТЕЛЬ", "ГИДРОПНЕВМО", "ТОПЛИВО", "СЖО", "СДУ", "СЭС", "ПОДГОТОВКА".

Выбор конкретного мнемокадра осуществляется летчиком с помощью многофункциональных кнопок в обрамлении МФЦИ 5-7. Меню присутствует на всех мнемокадрах, в верхней части экрана правого МФЦИ 7.

В режимах наземной подготовки и контроля предусмотрены кадры в виде различных текстовых меню и подменю, сопровождаемые текстовыми указаниями, руководствуясь которыми летный или технический состав проводит проверку состояния бортового оборудования, агрегатов самолета и силовой установки.

Левый МФЦИ 5 используется как пилотажно-навигационный индикатор и несет информацию, достаточную для выполнения любого пилотажного маневра, а также для осуществления самолетовождения на выбранную навигационную точку.

На кадре в формате пилотажно-навигационная информация индицируется положением самолета относительно горизонтальной плоскости. Индицируются горизонтальная и вертикальная скорости, перегрузка, угол атаки, вектор скорости, барометрическая и радиовысоты, заданная и опасная высоты полета, курсовая шкала, заданный и текущий курсы, расстояние и угловое отклонение относительно текущей точки, на которую осуществляется полет, отклонение от курсового и глиссадного радиомаяков (в режиме "ПОСАДКА"). Дополнительно индицируются барометрическое давление, время и запас топлива.

Центральный МФЦИ 6 используется как пилотажно-плановый индикатор и несет информацию о положении самолета относительно заданной линии пути в горизонтальной плоскости при взлете, полете по маршруту и заходе на посадку (плановая картина полета либо электронная карта местности).

Тактическая ситуация включает данные о противнике - линия фронта, расположение средств ПВО, зоны поражения ЗУР, цели, при наличии межсамолетной связи - положение своих самолетов, танкера для дозаправки и т.д. Символы снимаемы с индикации при необходимости с помощью кнопок на обрамлении индикатора, для формирования необходимого в конкретном случае набора символов. Тактическая индикация отражает характеристики всех воздушных целей, находящихся на сопровождении (в обзоре) локатора и переданных по линии взаимодействия с земли или самолета. На КАИ 8 и МФЦИ 5-7 формируются рекомендации по выполнению атаки, оптимальные траектории для выхода на заданную цель.

Правый МФЦИ 7 используется как индикатор контроля состояния самолетных систем и несет информацию о конфигурации самолета, работе всех систем и агрегатов. Основной вид представления информации - мнемонический. Глубина контроля достаточна для анализа и принятия решения о работе систем как летным, так и техническим составом без дополнительного подключения пультов контроля. При необходимости выводится информация с телевизионно-оптических средств поражения.

При работе в режиме комплексной индикации самолетных систем "КИСС" на экране индицируется обобщенная мнемоническая информация о состоянии самолетных систем (формат "ТИПОВОЙ"). При этом в правой периферийной зоне индицируются надписи "ДВИГ", "ТОПЛ", "ГИДР", "СЭС", "КСУ", "СЖО" расположенные слева от кнопок из обрамления индикатора. При нажатии соответствующей кнопки обобщенная мнемоническая информация снимается и индицируется:
- при нажатии кнопки "ДВИГ" - информация о состоянии двигателей и ВСУ;
- при нажатии кнопки "ТОПЛ" - информация о состоянии топливной системы;
- при нажатии кнопки "ГИДР" - информация о состоянии гидропневмосистемы;
- при нажатии кнопки "СЭС" - информация о состоянии системы электроснабжения;
- при нажатии кнопки "КСУ" - информация о состоянии комплексной системы управления;
- при нажатии кнопки "СЖО" - информация о состоянии кислородной системы и системы кондиционирования воздухом.

При нажатии кнопки управления соответствующая надпись обрамляется прямоугольной рамкой.

При нажатии кнопки "КИСС" обобщенная мнемоническая информация о состоянии самолетных систем (формат "ТИПОВОЙ") восстанавливается.

В верхней части экрана на центральном (навигационном) 6 и правом (состояния общесамолетных систем) 7 МФЦИ выделяется рабочее поле размером две текстовые строки для индикации сообщений от БАСК. В правой верхней части экрана левого (пилотажного) МФЦИ 5 выделено знакоместо для желтого ЦСО, предназначенное для привлечения внимания летчика при появлении предупреждающей информации на рабочем поле БАСК.

Таким образом, предложенная комплексная система электронной индикации обладает широкими функциональными возможностями и одновременно характеризуется повышенной надежностью в работе.

Изобретение относится к области авиационного приборостроения. Система содержит многофункциональные цветные индикаторы, коллиматорный индикатор на лобовом стекле и многофункциональный пульт управления, соединенные мультиплексным и резервными радиальными каналами информационного обмена с управляющей БЦВМ. К последней подключены также датчики режимных параметров. Многофункциональные цветные индикаторы, количество которых доведено до трех, являются полностью взаимозаменяемыми и выполнены с возможностью обеспечения летчика полной пилотажно-навигационной информацией при отказе одного из них и минимальным объемом пилотажно-навигационной информации, необходимой для безопасного пилотирования, при отказе двух из них. Система характеризуется повышенной эксплуатационной надежностью. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Комплексная система электронной индикации, содержащая многофункциональные цветные индикаторы, коллиматорный индикатор на лобовом стекле и многофункциональный пульт управления, соединенные мультиплексным и резервными радиальными каналами информационного обмена с управляющей БЦВМ, к которой подключены датчики режимных параметров, отличающаяся тем, что многофункциональные цветные индикаторы, количество которых доведено до трех, являются полностью взаимозаменяемыми и выполнены с возможностью обеспечения летчика полной пилотажно-навигационной информацией при отказе одного из них и минимальным объемом пилотажно-навигационной информации, необходимой для безопасного пилотирования, при отказе двух из них.2. Комплексная система электронной индикации по п.1, отличающаяся тем, что левый многофункциональный цветной индикатор используется как пилотажно-навигационный индикатор и несет информацию, достаточную для выполнения любого пилотажного маневра, а также для осуществления самолетовождения на выбранную навигационную точку, центральный многофункциональный цветной индикатор используется как пилотажно-плановый индикатор и несет информацию о положении самолета относительно заданной линии пути в горизонтальной плоскости при взлете, полете по маршруту и заходе на посадку, а правый многофункциональный цветной индикатор используется как индикатор контроля состояния самолетных систем и несет информацию о конфигурации самолета, работе всех систем и агрегатов.3. Комплексная система электронной индикации по п.1 или 2, отличающаяся тем, что два многофункциональных цветных индикатора, многофункциональный пульт управления и управляющая БЦВМ соединены по цепям питания с аккумуляторной батареей и выпрямительными устройствами генераторов переменного тока основной или вспомогательной силовой установки.