Цифровые самолеты, Система дистанционного управления СДУ-10

via Shvonder


Бытует мнение, что старые самолеты надежней современных, поскольку содержат меньшее количество электроники. На примере самолета А-320 я постараюсь объяснить, как обеспечивается надежность и безопасность современных «компьютерных» самолетов.

Что такое «Fly-by-wire»?

На заре авиации управление самолетом осуществлялось механически — с помощью тросов и тяг, соединяющих органы управления (штурвал и педали) с элеронами и рулями направляния и высоты.
По мере роста размеров и скоростей самолетов, росли и физические усилия, затрачиваемые пилотом на управление. В помощь человеку пришли бустерные механизмы (гидроусилители). Хотя они и облегчали работу пилота, управление ими по-прежнему осуществлялось тросами и тягами. Надежность таких систем управления обеспечивалась дублированием тяг, тросов и исполнительных механизмов.
Обе схемы управления – механическая и бустерная — применяются и поныне, как в легкомоторной авиации, так и на больших самолетах, в т.ч. на SR-71 и на Ан-225 «Мрия».

В середине 50-х для военных самолетов были разработаны новые, т.н. статически неустойчивые аэродинамические компоновки, дающие значительный прирост в маневренности, но не позволяющие совершать полет без постоянной коррекции. Требовалось парировать возникающие возмущения быстрее, чем они развивались. Из-за низкой скорости реакции человек оказался не в состоянии решить эту задачу и для управления статически неустойчивыми самолетами была разработана электродистанционная система управления (ЭДСУ или Fly-by-wire, FBW). На основе данных, поступающих с датчиков и органов управления, ЭДСУ формировала сигналы для сервоприводов аэродинамических поверхностей (элеронов и рулей). То есть, человек управлял ЭДСУ, а ЭДСУ управляла самолетом.

Первые ЭДСУ были аналоговыми, позже появились цифровые. Сейчас ЭДСУ применяются практически на всех боевых самолетах и активно внедряются в гражданской авиации. Но в гражданской авиации они служат уже не для целей свехманевренности

Рассмотрим реализацию концепции Fly-by-Wire на примере самолета А-320.

Если вы заглянете в кабину А320, то вместо штурвалов обнаружите джойстики (в терминологии Airbus- сайдстики) на боковых консолях. Каждый сайдстик оборудован тензометрическими датчиками, данные с которых обрабатываются компьютерами и учетом текущей ситуации передаются на исполнительные механизмы.

Самолет А320 имеет 7 компьютеров управления полетом — 2 компьютера ELAC (Elevator Aileron Computer), 3 компьютера SEC (Spoilers Elevator Computer) и 2 компьютера FAC (Flight Augmentation Computer).

предчувствуя вопросы о «железе» — компьютеры ELAC работают на процессоре Motorola 68000, SEC — INTEL 80186. smile.gif

Каждый из этих компьютеров имеет 2 модуля – Control Unit и Monitoring Unit. Фактически, это 2 независимых устройства, получающие и обрабатывающие одинаковые данные. Но если Monitoring Unit обнаруживает несовпадение результатов собственных вычислений с результатами вычислений Control Unit, то этот компьютер считается неисправным и его функции берет на себя его «напарник». Для исключения возможных ошибок, программное обеспечение Control Unit и Monitoring Unit разрабатывалось разыми группами программистов на разных языках.*

Даже в случае полного отказа пары, другие пары смогут выполнять её функции. Так например, за триммер стабилизатора отвечает компьютер ELAC2. В случае его отказа, функции ELAC2 сможет взять на себя ELAC1, затем SEC1, затем SEC2. То есть, помимо параллельно работающих одинаковых блоков существует и дублирование функций между разными блоками. Этим обеспечивается многократное резервирование системы управления полетом.

Каждый из компьютеров имеет функцию самодиагностики по следующим параметрам – контроль процессора (watchdog и контрольные суммы), контроль питания, контроль входов и выходов, контроль обратной связи. Диагностика входов обеспечивается сравнением одинаковых сигналов, полученных с разных устройств.

Существует несколько уровней — режимов работы компьютеров управления полетом, которые в терминологии Airbus называются “laws”.

Первый режим — NORMAL LAW. Этот режим является основным и наиболее часто используемым. Самолет будет подчиняться пилоту, но не даст превысить критические значения угла атаки, перегрузки, крена и тангажа, а также будет контролировать скорость, не позволяя перейти ограничения максимальной и минимальной скоростей для текущего режима полета. Данный режим сохраняет работоспособность при отказе любого из 7 компьютеров.

При отказе нескольких компьютеров активизируется второй режим — ALTERNATE LAW. В этом режиме сохраняется защита от критических перегрузок, а так же от потери или превышения скорости.

При множественных отказах компьютеров активизируется третитй режим — DIRECT LAW. В этом режиме сигналы с сайдстика не обрабатываются и поступают напрямую на сервоприводы.

В случае полного отказа всех 7 компьютеров управления полетом, А-320 имеет гидромеханическую систему резервирования по курсу и тангажу.

И в заключение. За всю историю А-320, катастрофа по вине техники была лишь единожды – в 1988 году, после чего все самолеты были доработаны.
На настоящий момент выпущено около 5 тысяч самолетов этого семейства.

Инженеры в Боинге еще более суровы.
В каждом из трех компьютеров системы Fly-by-Wire самолета Boeing-777 в целях исключения ошибок используется три процессора разных производителей — Intel 80486, Motorola 68040 и AMD 29050. Все они выполняют одинаковые задачи. ПО написано на ADA. Тем не менее, каждый процессор требует своей обвязки и собственного компилятора, что также повышает надежность системы в целом. При выявлении различий в результатах компьютер отключается. Боинг называет эту схему «triple-triple redundant architecture».


А теперь небольшой обзор отечественной разработки — Системы дистанционного управления СДУ-10МК.



С 2007 по 2009 гг я работал на приборостроительном предприятии (Элара, Чебоксары) ведущим инженером по этому изделию. Пишу в большей степени по памяти, так как в данный момент работаю в другом месте и доступа к технической документации не имею. Остался лишь конспект. Изделие не секретное.

СДУ-10МК (СДУ-10МК сер. 2) — 4-х кратно дублированная аналого-цифровая система управления самолетом в продольном, поперечном и путевом каналах. Система заменяет механическую проводку управления. Эта система устанавливается на самолеты СУ-30МК… (В основном для ВВС Индии)

Состав изделия

2 сдвоенных блока питания. Энергоснабжение СДУ осуществляется от двух независимых источников постоянного тока с номиналом напряжения 27В, работающих в буфере с аккумуляторными батареями, и двух независимых источников переменного трёхфазного тока напряжением 115В частотой 400Гц. Выдерживает кратковременные скачки напряжения по постоянному току до 50 вольт. СДУ — жизнеобеспечивающая система. Самолет просто упадет если СДУ откажет
Вычислители. Объединены в несколько блоков и шкаф. В общей сложности, состоят из 60 модулей (читай — печатных плат). Производят обработку сигналов от датчиков и выдают исполнительные сигналы на рулевые машины. Вычислители работают одновременно и формируют средние результирующие сигналы. Система продолжает работать при двух независимых отказах в разных каналах вычислителей. То есть при отказе в одном из вычислителей его выходные сигналы начинают отличаться от сигналов других вычислителей. При превышении (принижении) заданного порога, вычислитель отключается и выдается сигнал в речевой информатор и на пульт управления. Его можно попробовать перезапустить с пульта управления. При нескольких отказах сигналы сравнивать становится не с чем и система переходит в режим жесткой связи (В этом режиме управлять истребителем практически невозможно, так как он имеет несбалансированную аэродинамическую схему и его постоянно уводит). Ни одной катастрофы, связанной с отказом СДУ-10МК не было. Авария вроде была одна.
Датчики. Преобразуют различные физические параметры полета в электрические сигналы. Датчики в СДУ полностью независимы от других систем. То есть, например, у навигационного комплекса (ПНК) и у СДУ есть аналогичные по функционалу датчики. Все датчики 4-х кратно дублированы. СДУ «снимает» следующие параметры полета:
— Давление статическое и динамическое (ДАД, ДДД — датчик абсолютного давления, датчик дифференциального давления) для измерения скорости и высоты полета. Эти параметры необходимо знать, так как на разных высотах разная плотность воздуха, а на разных скоростях разное сопротивление
— Угловые скорости (ДУС, БДГ — датчик угловых скоростей, блок датчиков гироскопических). Требуется для определения угловой скорости вращения вокруг своих осей. СДУ моментально возвращает самолет в исходное положение при любых отклонениях планера
— Положение ручки управления и педали (ДПР — датчик положения резервированный). Эти датчики преобразуют в электрический сигнал положение ручки управления в двух плоскостях (крен, тангаж) и педали (курс)
Пульты. ПП, ПУ — пульт проверки, пульт управления. Предназначены для выполнения проверки работоспособности СДУ и управления СДУ во время работы а также для контроля работоспособности и перезапуска системы во время полета
Рулевые машины. Предназначены для преобразования электрических сигналов СДУ в механические. Механические сигналы предварительно усиливаются гидравлическими машинами которые в состав СДУ не входят

Режимы работы


СДУ работает в нескольких режимах: взлет-посадка, полет, дозаправка. Режимы отличаются в основном передаточными коэффициентами и функционированием отдельных отклоняемых поверхностей. Например, в режиме «дозаправка» самолет движется намного плавнее, чем в режиме «полет». Во время полета система постоянно анализирует положение самолета в пространстве, скорость и направление полета и управляет флаперонами, носками, передним горизонтальным оперением, рулями направления и высоты а также углом отклонения сопел в вертикальной плоскости.

В системе имеются ограничители предельных режимов не позволяющие летчику вывести самолет за пределы его возможностей. При приближении к предельным режимам ручка летчика начинает мощно дрожать, так, словно самолет сейчас развалится, хотя на самом деле это имитация.

Технологии производства и контроль качества

Система выполнена полностью на отечественной элементной базе. Предприятие-изготовитель имеет собственные механические цеха, цех по производству печатных плат, цех микроэлектроники. Система не герметичная. Все печатные платы имеют влагозащитное покрытие в виде 3-х слоев лака. Особо чувствительные платы покрывают компаундом. Несущие конструкции изготавливаются на станках с ЧПУ.

Качество контролируется на всех этапах производства самими цехами, ОТК и военным представительством. Протокол испытаний изделия соизмерим с 96 листовым журналом. После изготовления систему испытывают примерно 2 недели.

Остальное

Система проходит жесточайшие испытания, и по-моему, это самое живучее электронное изделие на самолете. Ее испытывают при температурах -60..60 градусов, часами трясут на вибростендах, загрязняют солями, песками, грибами, парами. Весит система примерно 120 кг. и очень дорого стоит, но это коммерческая тайна предприятия-изготовителя.
На данный момент разработаны более современные цифровые аналоги (например, КСУ-35), но СДУ-10МК по-прежнему производится и успешно применяется.

На 3 рисунке — Блок питания БП-58 из состава СДУ-10У, С (СУ-27) после испытаний на пониженной температуре. Это более старая система которая тоже до сих пор выпускается.

Интересно...
На первой картинке сначала джойстик принял за коробку переключения передач, а потом долго пытался штурвал найти

Интересно, попадает молния в самолет вся электроника вылетает гидравлика работает, движки тоже в порядки а у нас джойстик и мы падаем, классно хоть бы запасную не электронную систему придумали, на крайний случай.

В воздухе при поподании молнии самолёт в "потенциале", так что ничего страшного, а на земле... Ну тут всё ясно. Правда при поподании молнии есть опасность получить заряд который при посадке разрядится на землю...

Технически интересно. Но в качестве развлекалова-скучновато.

Знающие люди, просветите, давно не могу понять, а почему на аэробусах этот джойстик (сайдстик) на месте капитана воздушного судна расположен возле левой руки? Ведь большинству людей управлять этим сайдстиком левой рукой будет весьма неудобно.Не лучше ли было сделать "традиционный" штурвал как на всё тех же боингах и других самолётах? Штурвал же будет одинаково удобен и левше и правше, да и двумя руками управлять им удобнее как мне кажется.

А за тему +, познавательно.

Это сообщение отредактировал Electr - 12.02.2010 - 11:57

Спасибо, познавательно.

Интересно!!!!

Насколько мне известно, орган управления крена и тангажа(хоть джойстик, хость штурвал) по результатам тестов все-таки ставят по середине, т.к. в экстренных ситуациях, когда нужно взять "на себя" ручку тангажа пилот инстинктивно(!!!) тянет ручку к пупку.
Вопрос: Щас джойстик делают сбоку что ли все-таки???
ЗЫ +

Мда, у нас, в Украине, авиация — одна из немногих отраслей со стороны государства, которая держит электронику на плаву. Только все как всегда не в лучшем виде. Мне интересно какой класс точности изготовления печатных плат на Чебоксарском заводе), потому что видел я на заводе Антонова новые корпуса микросхем разводить уже нельзя(не говоря уже про производство оних), а электроника импортная начинает закупаться, что не приемливо для стратегически важной отрасли.
А так как я тоже конструктор ЭВА— автору респект

очень интересно. обнимаю.
жаль, что наша техника крайне низкотехнологичная, уж куда там 20летней motorola 68k против наших МП42Б
хотяяя... может это и плюс, в ней тупо не чему ломаться

Сегодня просто познавательный день!!!! Автор - молодца. Крестую полюбому.

1. Напчикивать технику двойной системой дублирования - маразм, значит, техника не соответсвтует ничему хорошему. Всегда достаточно просто резервной системы, одной! Если нет - технику в топку!
2. Вся эта ерунда на полупроводниках вылетает в трубу при ядреном взрыве - технику в топку, не долетит она после попадания в зону облучения. Про попадание в зону поражения я не говорю - там и истребители попадают, как вороны на падаль

Итог: Техника настолько хреновая, что пользоваться ей нельзя или сисадмины настолько хреновые, что доверять им нельзя, или пилоты настолько дубовые, что им 4 резервных системы нужны, а потом они тросами все равно самолет в нужник отправят

Грустно

AnSol, где ты такую траву берешь??

Интересно узнать самолет упадет только при полном отказе СДУ?
В зтом случае, например, какой именно отказ был?



кстати источник здесь

yobs
Ох нихуя себе))))))))
Спасибо за ролик.
Русские не сдаются!!!

Оу, ролик просто супер. Интересно очень.