Применение сенсоров в авиации реферат
Обновлено: 04.07.2024
Современные тенденции развития бортовых систем управления связаны с их дальнейшей интеллектуализацией, которая основана на технологиях обработки знаний для автоматизации функций управления и поддержки действий экипажа как в нормальных, так и в нештатных ситуациях, которые возникают в процессе полета. Одним из перспективных направлений в создании интеллектуальных систем управления и принятия… Читать ещё >
Анализ применения интеллектуальных систем в авиации ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
Содержание
- Введение
- 1. Анализ современного состояния исследования интеллектуальных систем
- 1. 1. Экспертные системы
- 1. 2. Системы ситуационного управления
- 1. 3. Системы управления структурной динамикой сложных инженерных объектов
- 1. 4. Идентификация и классификация интеллектуальных систем
Современные тенденции развития бортовых систем управления связаны с их дальнейшей интеллектуализацией, которая основана на технологиях обработки знаний для автоматизации функций управления и поддержки действий экипажа как в нормальных, так и в нештатных ситуациях, которые возникают в процессе полета. Одним из перспективных направлений в создании интеллектуальных систем управления и принятия решений является применение нейронных сетей и их программно-аппаратной реализации на базе нового поколения ЭВМ- нейрокомпьютеров, которые превосходят другие типы вычислительных машин не только по критерию отношения производительность / стоимость, но и по их способности к решению нестандартных, плохо формализованных задач.
Проведем анализ применения интеллектуальных бортовых систем в авиации.
Анализ и обоснование применения интеллектуальных систем в авиации
Итоги проведенных научно-исследовательских работ, совершенствование бортовых вычислительных, измерительных и исполнительных устройств боевых летательных аппаратов дают возможность разработать и реализовать на их борту алгоритмы и системы нового типа, которые способны обеспечивать решение тактических задач путем оперативных рекомендаций и подсказок экипажу.
Для облегчения восприятия и переработки летчиком огромного объема информации, повышения эффективности его деятельности, освобождения от рутинных операций на современных боевых летательных аппаратах зачастую находят применение такие электронные средства, как системы автоматического управления, комплексные системы управления вооружением и полетом, а также системы дистанционного управления, улучшения устойчивости и управляемости, ограничительных сигналов и другие. Однако полная автоматизация режимов управления и пилотирования летательного аппарата на боевых режимах не обеспечивает решения многих тактических и траекторных задач, особенно в условиях воздействия непредвиденных факторов реального полета и противодействия противника. Пилоты достаточно аргументированно не соглашаются с полной автоматизацией, желая в некоторых случаях, чтобы им оказывалась лишь ненавязчивая помощь или консультативная поддержка.
Проведенное в Военно-воздушной инженерной академии имени Н. Е. Жуковского исследование путем опроса около 200 российских летчиков фронтовой истребительной авиации определило, на каких этапах и при решении каких задач наиболее эффективна интеллектуальная поддержка экипажа, в какой форме пилоту удобнее взаимодействовать с экспертными системами. Выяснено, что наиболее высокая степень приоритетов необходимости поддержки задач приходится на такие этапы как планирование полета (25,6%), полет в район целевого применения (26,6%), боевое маневрирование (25,8%). Больше всего на этапе боевого маневрирования летчики хотели бы иметь интеллектуальную поддержку на оперативно-тактическом уровне и автоматизацию на уровне реализации принятого решения.
В Российской Федерации и других авиационных державах получают развитие системы, которые помогают экипажу решать задачи атаки маневрирующей цели, которая оказывает огневое и помеховое противодействие с оптимизацией маневра выхода в условия применения оружия и маневра уклонения от ракеты противника, советующие системы контроля топлива на борту и выбора аэродрома посадки и другие. Разрабатываемые в Российской Федерации и за рубежом бортовые экспертные системные совокупности в настоящее время проходят этап внедрения на борт. Намечается переход к сбалансированному проектированию интегрированного авиационного комплекса, в котором основные элементы — летательный аппарат, вооружение, бортовое оборудование, бортовой интеллект — получают равномерный и максимально возможный прогресс.
Экспертные системные совокупности на борту перспективного российского летательного аппарата будут обеспечивать работу комплекса в различных типовых боевых ситуациях, включая этапы навигации и выхода в информационный контакт с целями, дальнего ракетного боя с воздушными целями, ближнего воздушного боя, дальнего и ближнего боя с целями на поверхности. Каждый из указанных этапов и режимов полета выполняется с использованием отдельной экспертной системы. В число задач, которые решаются членами экипажа с помощью интеллектуальных систем БОСЭС, входит:
прокладка и контроль маршрута, взаимодействие с другими летательным аппаратами группы и внешними пунктами наведения, контроль достаточности топлива и времени;
принятие решения на применение оружия и помех;
нахождение и распознавание целей;
выбор тактики и приемов боя;
выбор боевой траектории и управление летательным аппаратом;
подготовка систем оружия и инструментов информационного противодействия;
управление бортовыми информационными устройствами; контроль за работой бортовых систем, локализация и устранение неисправных ситуаций.
Так, создаваемая в Российской Федерации (Гос
БОСЭС берет на себя задачи по оценке ситуации, выбору проблемных фрагментов, анализа возникающих проблемных ситуаций, выбору самого целесобразного метода их разрешения и предъявляет пилоту рекомендацию на конкретный метод противодействия и краткое пояснение к ней.
Маневрирование истребителем выполняется для достижения таких целей:
— создание наилучших условий для пуска своей ракеты;
— ухудшение условий для пуска ракеты противником;
— защита от пущенной ракеты противника.
Множество маневров, рассматриваемых в базе знаний разработанного прототипа БОСЭС, включает в себя маневры в вертикальной плоскости (тактический набор, тактическое снижение) и маневры в горизонтальной плоскости (тактический отворот, гарантированный отворот).
Огневое противодействие противнику представлено в базе знаний тремя видами пусков ракеты — пуск с самой большей разрешенной дальности, пуск с дальности эффективного пуска, пуск с дальности гарантированного пуска.
При третьем способе противодействия противнику — помеховом — имеется возможность применения двух типов помех: активных и пассивных. Взаимодействие БОСЭС с летчиком строится по принципу оповещательно-советующих систем — рекомендации только предъявляются ему на индикаторе. При необходимости БОСЭС дает пилоту также краткое пояснение (подсказку) к рекомендуемому способу разрешения текущей проблемы и временную перспективу последующих событий, которые могут быть при развитии сложившейся на данный момент ситуации, если летчик не выполнит текущую рекомендацию.
Одной из основных отличительных особенностей новых летательных аппаратов становится наличие на их борту интеллектуальных систем, оперативно решающих тактические задачи.
Внедрение интеллектуальных систем расширяет функциональные возможности бортового оборудования, связанные с управлением, оценкой боевой обстановки, боеспособностью летательного аппарата и всех систем. Они позволяют значительным образом уменьшить нагрузку и оказать помощь пилоту в боевых ситуациях, проанализировать степень угрозы самолету со стороны воздушных и наземных инструментов поражения.
Новый класс систем — бортовые оперативно-советующие экспертные системные совокупности типовых случаев полета — предназначены для оказания интеллектуальной помощи при решении указанных задач.
Для повышения конкурентоспособности и достижения высокого уровня российских разработок усилия направляются на создание, отработку и внедрение основных образцов бортовых оперативно-советующих экспертных систем, что дает возможность существенно поднять эффективность боевого самолета. Системные совокупности интеллектуальной поддержки БОСЭС обеспечивают наиболее полное использование возможностей летательного аппарата и качественное решение новых задач [8, "https://referat.bookap.info"].
Таким образом, можно сделать вывод о том, что применение интеллектуальных бортовых систем в авиационной сфере является наиболее современным способом повышения эффективности работы летательных аппаратов.
Список использованных источников
Алехин Д. А., Буров Ю. Л. , Лебедев А. Г. , Зарепур Г., Лебедев Г. Н.
Интеллектуальные обратные связи в системе управления полетом // Теория и системы управления. 2009. N o 4.
Васильев С. Н., Жерлов А. К. , Федосов Е. А. , Федунов Б. Е. Интеллектуальное управление динамическими системами. — М .: Физматлит, 2010. — 352 с.
Галушкин A. M. Теория нейронных сетей: Учебное пособие. Кн. 1. Серия Нейро-компьютеры и их применение". — М .: ИПРЖР, 2010. — 416 с.
Головко В. А. Нейронные сети: обучение, организация и применение: Учебное пособие. Кн.
4. / Под общ. ред. А.
И. Галушкина. — М .: ИПРЖР, 2011. — 256 с.
Горбань А. И. Обучение нейронных сетей. — М .: Пара
Граф, 2010. — 160 с.
Лебедев Г. Н. Интеллектуальные системы управления и их обучение с помощью методов оптимизации: Учебное пособие. — М .: МАИ, 2012. — 112 с.
Лохин В. М., Захаров В. Н. Интеллектуальные системы управления: понятия, определения, принципы построения. — В кн .: Интеллектуальные системы автоматического управления / Под ред.
И. М. Макарова, В. М. Лохина . ;
М.: Физматлит, 2011. — 576 с.
Тимофеев А. В., Юсупов P. M. Интеллектуализация систем автоматического управления // Инженерная кибернетика. 2013. No 5. С. 211−224.
Тимофеев А. В., Юсупов P. M. Интеллектуализация систем автоматического управления // Инженерная кибернетика. 2013. No 5. С. 211−224.
Лохин В. М., Захаров В. Н. Интеллектуальные системы управления: понятия, определения, принципы построения. — В кн .: Интеллектуальные системы автоматического управления / Под ред.
И. М. Макарова, В. М. Лохина . — М.: Физматлит, 2011. — 576 с.
Васильев С. Н., Жерлов А. К. , Федосов Е. А. , Федунов Б. Е. Интеллектуальное управление динамическими системами. — М.: Физматлит, 2010. — 352 с.
Головко В. А. Нейронные сети: обучение, организация и применение: Учебное пособие. Кн. 4. / Под общ. ред.
А. И. Галушкина. — М .: ИПРЖР, 2011. — 256 с.
Лебедев Г. Н. Интеллектуальные системы управления и их обучение с помощью методов оптимизации: Учебное пособие. — М .: МАИ, 2012. — 112 с.
Галушкин A. M. Теория нейронных сетей: Учебное пособие. Кн. 1. Серия Нейро-компьютеры и их применение". — М .: ИПРЖР, 2010. — 416 с.
Горбань А. И. Обучение нейронных сетей. — М .: Пара
Граф, 2010. — 160 с.
Алехин Д. А., Буров Ю. Л. , Лебедев А. Г. , Зарепур Г., Лебедев Г. Н. Интеллектуальные обратные связи в системе управления полетом // Теория и системы управления. 2009. N
Эксперт, формирующий экспертные знания
Компонента взаимодействия (лингвистический процессор)
Компонента приобретения знаний
Информация о текущей ситуации от инструментов наблюдения и сбора информации о текущей ситуации
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Катастрофа в августе 1997 г. самолета Boeing-747, выполнявшего заход на посадку по неточной системе посадки (non-precision) ночью в сложных метеоусловиях на ВПП 06L международного аэропорта Гуама, еще раз подтвердила важность для безопасности полетов обеспечения аэропортов системами посадки требующейся точности наведения при заходе на посадку и посадке. Окончательные результаты расследования катастрофы к концу 1997 г. еще не были получены, но по предварительному заключению ее причиной является недостаточная точность наведения глиссадным маяком системы ILS. Заход на посадку выполнялся по процедуре, не предназначенной для тяжелых транспортных самолетов. Глиссада точного захода на посадку по системе ILS на ВПП 06L и глиссада ступенчатого снижения при заходе на посадку по процедуре non-precision, то есть когда управление по высоте глиссады осуществляется по показаниям бортового высотомера, существенно различаются (табл. 1). Наведение по курсу осуществлялось курсовым маяком ILS, и Boeing-747 был выведен точно по посадочному курсу, но из-за ошибки по высоте столкнулся с землей в районе ближнего привода, не долетев до кромки ВПП примерно 5, 6 км.
Для исключения подобных авиационных происшествий (АП) необходимо выполнить решение ICAO, принятое в 1978 г. о необходимости установки в аэропортах соответствующую требованиям систему ILS или микроволновую систему посадки MLS. Однако в настоящее время имеется четыре типа систем автоматической посадки отвечающих требованиям ICAO и авиационные специалисты должны выбрать одну из них. Это системы ILS, MLS и две совершенно различные спутниковые системы автоматической посадки. Все четыре системы отвечают требованиям ICAO к системам автоматической посадки для XXI века.
Факторы, влияющие на выбор системы посадки (погодные условия) районе аэропорта, частота ПОСАДОК и взлетов, стоимость захода на посадку и взлета), действуют совместно. Выбор типа системы определяет высоту принятия решения* to есть точки на глиссаде, в которой пилот должен принять решение о прекращении снижения и уходе на повторный заход, если ВПП не видна. Для аэропортов с хорошей погодой достаточна система, отвечающая требованиям I категории ICAO, для стран северо-западной части Европы необходима система, отвечающая требованиям III ICAO.
В настоящее время система ILS, являющаяся стандартом ICAO, установлена во всех международных и большинстве региональных аэропортов. Однако характерные для нее недостатки (например, интерференция от радиостанций, работающих на близких частотах или от высотных зданий) расположённых вблизи аэропорта, или от находящихся в воздухе больших ВС) иногда приводят к искажению луча курсового маяка. По этой и другим причинам ICAO в 1970 г. одобрила систему MLS, которая не подвержена недостаткам системы ILS. Примерно через 10 лет было предложено использовать в системах автоматической посадки дифференциальную глобальную спутниковую навигационную систему DGPS. В 1995 г. ICAO приняла компромиссное решение, по которому система ILS может использоваться до 2015 г.; система MLS должна быть установлена там, где это вызвано условиями эксплуатации воздушного транспорта. Система DGPS дает возможность использовать два варианта автоматической посадки, полностью отвечающие требованиям точности при заходе на посадку и посадке по I категории ICAO.
Система LAAS (система наведения для местного региона) является наземной системой, непрерывно сравнивающей отраженный сигнал DGPS с посланным ею, определяющей рассогласование и передающей его на борт ВС, выполняющего заход на посадку. Ошибка наведения системы не превышает 7 м. Несколько первых систем этого типа, известных как Scat-1 (система посадки специальной категории I), находятся в эксплуатации как приватно финансируемые системы не для общего пользования. FAA разрабатывает спецификацию и требования к системе LAAS для общего пользования, которая должна поступить в эксплуатацию с 2005г. Не дожидаясь утверждения стандарта на систему, несколько фирм производят вариант системы Scat-1. Среди них фирма Honey well, система Scat-1 которой сертифицирована и установлена в аэропортах Миннеаполис и Ньюарк (в последнем —для авиакомпании Continental Airlines). Ожидается сертификация системы Scat-1 в Канаде, Индонезии и Австралии. В Российской Федерации система Scat-1 фирмы Honeywell с помощью Научно-производственного предприятия АВИТЕКС (Москва) будет устанавливаться на самолеты гражданской авиации. Несколько других производящих эту систему фирм (Raytheon, Wilcox, DASA-NFS, Interstate Electronics) ожидают сертификации установленных в некоторых аэропортах (Флорида в США, Бодо в Норвегии) систем Scat-1, заключают контракты на поставку системы и ожидают от FAA сертификации системы для общего пользования. Для обеспечения широкого использования спутни-ковой навигационной системы DGPS сеть ее наземных станции должна быть увеличена; потребуется коррекция линий передачи данных спутник—наземные станции и запуск геостационарного спутника с экваториальной орбитой. Для такого варианта спутниковой системы FAA разрабатывает систему автоматической посадки WAAS (система наведения для большой площади перекрытия). Создаваемые в Европе система EGNOS (Европейская спутниковая геостационарная навигационная система большой площади перекрытия) и японская система MTSAS (многоцелевая спутниковая система наведения) подобны системе WAAS.
К 2001-2002 гг. FAA планирует сертифицировать систему WAAS по условиям, близким к требованиям I категории ICAO (высота принятия решения 90-120 м). В процессе дальнейших испытаний FAA надеется сертифицировать систему WAAS по полным условиям I категории ICAO (высота принятия решения 60 м). В более поздние сроки (см. табл. 1). FAA планирует сертифицировать систему WAAS для требований II и III категорий ICAO, однако имеются две причины, которые препятствуют этому: первая — при длительных трассах сигналы геостационарного спутника могут быть искажены ионосферным эффектом, то есть может возникнуть ошибка в координатах положения объекта, вторая причина —система WAAS может обеспечить предупреждение об отказе за время не более 6 с, что требуется I категорией ICAO, тогда как по условиям требований II и III категорий это время не должно превышать 2 с.
В США утверждена специальная программа замены системы ILS на систему с использованием DGPS. FAA планирует проверить состояние около 1000 систем ILS и заменить их на систему LAAS I категории ICAO. Это произойдет после того как будет сертифицирована система LAAS I категории, то есть в 2005 г. Стратегия замены еще не разработана, однако система LAAS I категории ICAO может быть приобретена аэропортами в частном порядке. Если такая схема сработает, то процесс замены системы ILS на LAAS I категории затянется на много лет.
Необходимость оборудовать самолет для работы с четырьмя различными системами автоматической посадки привела к созданию авиационными фирмами многорежимного приемника (MMR). С его помощью пилот в полете выбирает систему посадки конкретного аэропорта и выполняет заход на посадку и посадку по процедуре системы ILS. На последних сериях самолетов фирм Boeing и Airbus устанавливаются MMR, кроме того для замены старого оборудования самолетов предшествующих серий используются цифровые и аналоговые блоки. Фирма Rockwell получила заказов от авиакомпаний на 3000 приемников MMR. в том числе от авиакомпаний British Airways, United Airlines и Continental Airlines.
ПЛАНЫ УСТАНОВКИ МИКРОВОЛНОВОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОСАДКИ В АЭРОПОРТАХ ЕВРОПЫ
Национальный комитет по управлению воздушным движением Великобритании (NATS) планирует установить в основных аэропортах страны микроволновую систему автоматической посадки (MLS). Объявлены тендеры на поставку и установку систем в четырех аэропортах:
две системы для взлетно-посадочных полос (ВПП) аэропорта Хитроу и две — для ВПП аэропорта Гатвик, а также на получение прав замены посадочных систем в 16 других аэропортах страны. Системы MLS в аэропортах Хитроу и Гатвик должны быть установлены и приняты к эксплуатации к 2000 г. Требования к промышленности на системы для замены эксплуатируемых систем ILS в других 16 аэропортах еще не согласованы. Все 22 системы MLS, которые планируется установить, соответствуют принятым для ВС гражданской авиации международным стандартам III — категории ICAO, то есть обеспечивают заход на посадку и посадку в условиях горизонтальной видимости вдоль ВПП (RVR) менее 200 м. При таких условиях пилот непрерывно докладывает, что он видит ВПП вплоть до касания ВПП колесами шасси.
В настоящее время заход на посадку и посадка в сложных условиях при пониженной RVR осуществляется по системе ILS. ILS для посадки при пониженном минимуме используется на мировом уровне, но наиболее часто — в Великобритании и Западной Европе. Во всем мире более 2500 ВПП оборудовано системой ILS, но только 90 из них сертифицировано для посадки по III категории сложности, причем около 2/3 установлено в Европе. ILS обеспечивает заход на посадку при RVR не меньше 550 м. а в некоторых случаях даже не меньше 300 м. При более низкой видимости посадка ВС либо задерживается до улучшения погоды, либо он отправляется в запасной аэропорт.
Решение NATS об установке систем MLS не является неожиданным, так как NATS в течение многих лет поддерживал промышленность, разрабатывающую MLS , и в 1997 г. установил для ВПП-27R аэропорта Хитроу MLS категории III фирмы Siemens-Plessey. Однако NATS заявил, что следующим очередным и вероятно логическим шагом на пути обеспечения всепогодной посадки ВС будет являться использование систем посадки, основанных на спутниковой технологии.
Ниже перечислены три основные причины, обосновывающие переход NATS на систему MLS.
1. Присущие ILS ограничения на посадки ВС при метеорологическом минимуме ниже установленного и частоту посадок на ВПП препятствуют потребностям возрастающего объема воздушного движения. Временной интервал между садящимеся и взлетающими ВС не может быть меньше определенного, так как при его сокращении радиолучи посадочных маяков могут быть искажены взлетающим ВС и находящимся над передатчиком ILS или ВС, находящимся на финальной стадии захода на посадку. Для исключения этого дистанция между садящимися по системе ILS ВС должна быть увеличена, что, в свою очередь, приводит к снижению частоты посадок. В настоящее время ведущие авиакомпании сертифицированы для посадки своих ВС в условиях категории III, а это требует увеличения пропускной способности аэропортов, то есть снятия любых ограничений, препятствующих этому. В отличие от ILS луч наведения системы MLS не подвержен искажениям от пролетающих ВС, что позволяет обеспе-, чить такую же дистанцию между заходящими на посадку ВС, как при визуальном заходе.
2. "Защищенный" для системы ILS частотный диапазон 112-118 МГц все в большей степени подвергается интерференции на концах диапазона от мощных коммерческих радиовещательных станций, частных радиостанций, не лицензированных экспериментов и других источников. Хотя NATS принимает существенные усилия для обеспечения реальной защиты установленного для системы ILS диапазона, гарантировать полностью такую защиту после 2000 г. невозможно. Для частотного диапазона системы MLS 5000 МГц источников помех значительно меньше.
3. Хотя система посадки с использованием спутниковой технологии прогнозируется как система будущего, но сказать определенно, когда она будет сертифицирована для гражданского пассажирского транспорта при перевозках в условиях пониженного метеорологического минимума, затруднительно. Наиболее вероятной датой является 2010-2015 гг. и даже более поздний срок.
Авиационные специалисты Дании, основываясь на общих мнениях со специалистами Великобритании, устанавливают две системы посадки MLS категории III ICAO в аэропорту Амстердама Шипхол, в дальнейшем будут установлены еще четыре MLS для ВПП, оборудованных системами ILS. Для аэропорта Шипхол установка MLS особенно важна, так как в отличие от ILS она не подвержена влиянию помех от высотных зданий вблизи аэропорта ("раздвоение" посадочного курса). Система ILS не может отличить фальшивый посадочный курс от действительного, что делает заход на посадку при пониженной видимости опасным.
Инициатива Великобритании и Дании по установке в своих аэропортах системы MLS тщательно изучается авиакомпаниями Европы, использующими посадки ВС в своих аэропортах по системе ILS, но в условиях пониженного минимума. Мнение авиационных специалистов по дальнейшей установке системы MLS в аэропортах Европы оптимистично.
На своей основной работе занимаюсь разработкой бортовых информационных систем для летательных аппаратов. Тема очень интересная, но слишком обширная для одного топика. Так что я начну с самых основ и первую свою статью на хабре посвящу общему описанию бортовой аппаратуры воздушного транспорта.
![]()
Системы сбора данных
- система измерения параметров двигателей;
- барометрические и радиолокационные высотомеры;
- измерители воздушной скорости;
- датчики температуры и давления;
- инерциальная навигационная система;
- и т.п.
Системы отображения информации
- комплексный пилотажный индикатор;
- комплексный индикатор навигационной информации;
- пульт управления;
- индикатор на лобовом стекле;
- нашлемная система индикации;
- и т.п.
Системы радионавигации
Неавтономные системы радионавигации
- радиотехническая система ближней навигации;
- система посадки;
- спутниковая навигационная система;
- система предупрежения столкновений;
- и т.п.
Автономные системы радионавигации
- автоматический радиокомпас;
- радиовысотомер;
- доплеровский измеритель скорости и угла сноса;
- метеонавигационная РЛС;
- и т.п.
Системы радиосвязи
- система дальней радиосвязи;
- система ближней радиосвязи;
- система внутренней связи между членами экипажа;
- радиолокационный ответчик системы управления воздушным движением;
- система спутниковой связи;
- система аварийной связи.
Системы автоматического пилотирования
- автоматическая система повышения устойчивости и управляемости;
- вычислительная система управления полётом;
- вычислительная система управления тягой;
- вычислительная система самолетовождения.
В зависимости от типа ЛА, на нём может присутствовать специфическое для него оборудование. Например на гражданских пассажирских ЛА имеется система громкой связи и развлекательная мультимедийная система. На военных ЛА можно обнаружить систему управления вооружением, прицельные и разведывательные комплексы, радиолокационные станции, специфические пилотажно-навигационные системы.
Надеюсь тема окажется интересна хабрасообществу. В дальнейшем планирую написать подробнее по каждой из систем, в особенности по системам отображения, а также описать основные тенденции в развитии отечественной и зарубежной авионики.
Литература
Самолет является одним из самых безопасных видов транспорта в мире благодаря превосходной подготовке пилотов, а также передовым технологиям как на борту, так и на земле. В еще большей степени это относится к космическим полетам.
Компания KELLER предоставляет для аэрокосмической отрасли датчики, разработанные с использованием современных технологий и соответствующие высоким требованиям по безопасности.
Авиационная безопасность
Многие люди испытывают беспокойство во время полета, в отличие от передвижения на автомобиле, несмотря на то, что риск попасть в ДТП намного больше. На основании данных Федерального Союза Немецкой авиационной промышленности ФСНАП (BDL), а также портала Aviation Safety Network (ASN) из 4 миллиарда пассажиров, перевезенных воздушным транспортом в 2017 году, в десяти авариях гражданской авиации погибло 79 человек. На 2017 год риск потери жизни во время коммерческих авиарейсов стал наименьшим за всю историю наблюдений.
Согласно данным BDL авиакомпании перевозят в 13 раз больше пассажиров, чем в 1970 году. Несмотря на растущее количество, в 1970 году статистическая вероятность погибнуть в авиакатастрофе составляла 1:264 000, в 2017 году показатель уменьшился до 1:92 750 000. Данные значения указывают на повышение безопасности полетов в 350 раз. В отчетах не учитываются происшествия с участием военной авиации, а также небольших самолетов вместимостью менее 14 человек на борту. Этот успех объясняется усовершенствованием применяющихся в авиации технологий, инфраструктуры аэропортов, а также управления воздушным движением. В настоящее время воздушные суда, как правило, менее подвержены внешним воздействиям, что может быть обусловлено более тщательным отбором и строгой проверкой поставщиков и их продукции.
Датчики давления KELLER в авиационной отрасли
Начиная с 1997 года компания KELLER является поставщиком датчиков давления для самых различных отраслей авиации. Основными направлениями являются:
• Контроль давления в кабинах
• Гидрораспределители и системы фильтрации
• Клапаны управления
• Топливные насосы
• Системы дозаправки
• Системы кондиционирования воздуха
• Вентиляция
• Аварийная подача кислорода для пилотовКак видно на изображении ниже, в воздушном судне используются десять разных датчиков давления. В зависимости от типа летательного аппарата датчиками KELLER оснащаются либо все отделы, либо часть из них. Описание специализированного применения является конфиденциальной информацией. Тем не менее, ниже приведены три типа самолетов, описания которых дают представление о том, насколько они могут различаться и, как следствие, насколько широк список требований к технологиям измерения давления.
Airbus A380
Широкофюзеляжный двухпалубный четырехдвигательный самолет A380 вместимостью до 853 пассажиров является крупнейшим серийным гражданским воздушным судном в мире. Самолет может преодолевать расстояния до 15 200 м с крейсерской скоростью порядка 900 км/ч. Две компактные системы кондиционирования воздуха обеспечивают поддержку температуры на необходимом уровне. Мощность установок на выходе составляет около 450 кВт. При работе систем в полную силу воздух в кабине полностью заменяется каждые три минуты. В отличие от распространенных коммерческих самолетов A380 имеет всего две гидравлические системы. Третий гидравлический контур был заменен электрогидравлическими приводами, что позволило снизить вес за счёт меньшего количества кабелей и клапанов. Топливные баки являются частью несущей конструкции самолета и располагаются в крыльях и стабилизаторе.
С помощью системы контролируемой выработки топлива может быть выполнена автоматическая центровка самолета на протяжении всего полета, что обеспечивает оптимизацию нагрузки на конструкцию. Система осуществляет автоматическое управление распределением топлива.
Airbus A400M
Airbus A400M должен заменить или дополнить устаревший парк военно-воздушных сил семи Европейских стран-участниц НАТО. Самолет оснащен четырьмя турбовинтовыми двигателями и грузовой рампой в задней части фюзеляжа и может взлетать с коротких грунтовых взлетно-посадочных полос. Несмотря на то, что A400M уже широко используется, его техническая разработка еще не завершена
Boeing 787
Boeing 787 Dreamliner – дальнемагистральный самолет с двумя двигателями вместимостью до 300 человек. Boeing 787 является первым широкофюзеляжным воздушным судном, корпус которого выполнен преимущественно из композитных материалов на основе углерода. Благодаря уменьшенному весу, а также новым двигателям и улучшенной аэродинамике экономия топлива должна составлять 20%, а шумность значительно снизиться. Особенностью двигателей является отсутствие стравливания воздуха в систему кондиционирования, что обеспечивает невозможность попадания машинного масла в атмосферу кабины. Каждый двигатель оснащен двумя генераторами мощностью 250 кВт, используемыми для включения стартеров двигателей и производства электроэнергии. Система кондиционирования воздуха также является электрической. Boeing 787 стандартно оборудуется системой инертного газа, с помощью которой производится отбор азота из воздуха с помощью специальных фильтров и его подачу в баки. Таким образом обеспечивается снижение концентрации кислорода до такой степени, при которой отсутствует вероятность воспламенения даже в случае возникновения искр.
Безопасность космических полетов
Международная космическая станция с научной лабораторией в модуле Европейского космического агентства Columbus совершает полет вокруг Земли на средней высоте около 400 км со скоростью 28 800 км/ч. Для осуществления полного оборота станции достаточно всего лишь 90 минут. Для астронавтов, находящихся на борту, это означает 16 рассветов и закатов в день. В проекте МКС объединены силы нескольких космических агентств: НАСА (NASA), Роскосмос, Европейское космическое агентство (ESA), Канадское космическое агентство (CSA) и Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA).
С ноября 2000 года на МКС постоянно проживают астронавты. В основу устройства станции заложен модульный принцип. На текущий момент ее габариты составляют 110 x 100 x 30 м, а вес – около 450 тонн. Модули станции доставлялись на орбиту с помощью челноков и шаттлов, а затем собирались в единую конструкцию. Европейский модуль с исследовательской лабораторией Columbus был установлен в феврале 2008 года астронавтами 16-го экипажа МКС. Columbus является самым крупным вкладом Европейского космического агентства в станцию.
С мая 2009 года среднее количество астронавтов, работающих на борту МКС, составляет 6 человек. Участниками проекта согласована эксплуатация станции до 2024 года включительно, рассматривается продление срока работы, так как с технической точки зрения ее функционирование возможно до 2028 года.
Датчики давления KELLER в космонавтике
Требования, предъявляемые к технической оснащенности в космонавтике, являются намного более жесткими, чем в авиации, так как аварийные посадки недоступны, а произвести замену оборудования не так просто, как на самолетах. Несколько лет назад в компанию KELLER обратилась ведущая немецкая авиационно-космическая компания. Для системы жизнеобеспечения с замкнутым циклом ACLS были необходимы датчики абсолютного и дифференциального давления, которые в конечном итоге могли бы использоваться на МКС.
Задачей системы ACLS является переработка углекислого газа в пригодный для дыхания кислород в замкнутом цикле. В сентябре 2018 года система, оборудованная 37 датчиками KELLER, была доставлена с помощью японского грузового аппарата HTV-7 на ракете H-IIB на борт МКС.
Для генерации кислорода система ACLS извлекает CO2 из воздуха кабины космической станции. Реакция Сабатье обеспечивает реакцию водорода с углекислым газом в присутствии катализатора для производства воды и метана. Далее водяной конденсат отделяется от потока газа и направляется обратно в систему управления водой. Затем посредством электролиза вода расщепляется на водород и кислород с последующим сбросом метана в космическое пространство.
Система ACLS разработана для экипажа из трех астронавтов и ежегодной экономии дополнительных 450 кг воды. Ежедневно система поглощает 3 кг CO2, генерирует 2.5 кг O2 и производит 1.2 кг воды, что существенно повышает эффективность и снижает спрос на поставки с Земли.
Как это принято в космонавтике, комплект датчиков для системы ACLS был заранее дважды изготовлен и передан для установки в образцы, направленные для дальнейших усовершенствований и испытаний. Исходя из полученных результатов была определена окончательная версия. Образцы, оставшиеся на Земле, будут использоваться для последующих испытаний, моделирований, а также информирования экипажа МКС о неисправностях, методах проведения ремонта и технического обслуживания системы ACLS.
Требования в авиационно-космической отрасли
Как в авиации, так и в космонавтике не используются сверхновые технологии. Для обеих отраслей важна максимальная надежность, и используемые компоненты зарекомендовали себя в этом отношении. Более того, обычно самолеты находятся в эксплуатации от 25 до 30 лет, и детали, использующиеся для ремонта и замены, должны быть доступны на протяжении всего этого времени.
На основании строгих руководств по техническому обслуживанию летательных аппаратов одна деталь не может быть просто заменена другой – необходим абсолютно такой же элемент от того же производителя. Поэтому в данном случае целесообразно использование нестандартных продуктов. Компания KELLER производит разработки с учетом всех специфических требований заказчика для обеспечения полного соответствия условиям задачи. Таким образом, не существует одного универсального решения, но есть специально разработанная технология, соответствующая всем требованиям. Это единственный способ обеспечения потребности в наибольшей надежности в данных условиях окружающей среды.
Несмотря на предварительную положительную статистику, принимая во внимание ряд событий за последние два года, время от времени создается впечатление нивелирования требований надежности экономическими интересами. KELLER противопоставляет данной идее тщательное и детальное изучение каждой задачи клиента для обеспечения максимальной надежности всех продуктов. К сожалению, две трети запросов в связи с этим отклоняются из-за неполных спецификаций.
Специальная технология для особого назначения
Достижения авиации и космонавтики за последнее десятилетие были бы не возможны без применения надежной базовой технологии. Компания KELLER, благодаря своим высокоточным датчикам давления, также принимает участие в данных разработках начиная с 1974 года.
Пьезорезистивная технология
В качестве основного компонента датчиков давления, используемых в авиации и космонавтике, выступает пьезорезистивный кремниевый сенсор. Сенсор представляет из себя эластичную кремниевую диафрагму, деформирующуюся под действием давления. Диафрагма изгибается в обе стороны в зависимости от перепадов давления, приводящего к механическому напряжению поверхности. Для измерения механического напряжения по периферийной зоне диафрагмы распределены резисторы в местах наибольшего напряжения. Благодаря наличию пьезорезистивного эффекта резисторы реагируют на механическое напряжение лучше, чем тензометрические датчики, отслеживающие деформацию. В связи с этим большим преимуществом является крайне высокая чувствительность вкупе с хорошей стабильностью нулевой точки. Последнее является результатом использования цельного кремниевого кристалла, на который, в отличие от металла, деформации не оказывают влияния.
Пьезорезистивная технология на основе кремниевых чипов доказывает свою эффективность в повседневном применении и используется в еще более экстремальных условиях.
Таким образом, ключом к соответствующему использованию в большей степени является конструктивное оформление пьезорезистивных чипов, нежели чем технология сама по себе. В отличие от металлических пластин кремниевый сенсор не так устойчив к воздействию среды и может использоваться только в сухом чистом воздухе или в непроводящей среде. Однако, для производства высокоточных надежных датчиков давления с кремниевой диафрагмой используются специальные корпусы и соответствующие электронные схемы.
Благодаря высокому уровню точности и превосходной надежности заполненные маслом пьезорезистивные сенсоры давления играют ведущую роль в измерениях давления, а также составляют основу датчиков давления, использующихся в авиации и космонавтике.
Читайте также:
