Автоматизированная высокоинтеллектуальная система обеспечения безопасности полетов летательного аппарата

Изобретение относится к области авиационного оборудования и предназначено для установки на гражданские ЛА. Автоматизированная высокоинтеллектуальная система (АВС) содержит датчики состояния бортовых систем, штатную систему управления ЛА, четыре экспертные системы (ЭС), задатчики эталонных характеристик и допусков, формирователь эталонных управляющих воздействий, формирователь заданной программы управления, формирователь границ допусков заданных эталонных характеристик, блок сравнения, блок цифровой карты местности, логический блок, вычислитель момента предотвращения КС, два переключателя, блоки и базы знаний (БЗ) по цифровым картам местности, по запасам по критическому параметру при предотвращении КС. Также в АВС в введены задатчик эталонных характеристик и допусков (ЗЭХД), формирователь эталонных управляющих воздействий (ФЭУВ), формирователь заданной программы управления (ФЗПУ), формирователь границ допусков заданных эталонных характеристик (ФГДЗЭХ), распределительный блок, блок сравнения, логический блок, блок цифровой карты местности, накопитель информации. Достигается создание АВС для обеспечения безопасности полета ЛА, основанной на логике работы летчика-инструктора, контроля точности выполнения пилотом заданных параметров режима полета. 2 ил.

 

Система относится к области авиационного бортового оборудования и предназначена для установки на гражданские летательные аппараты (ЛА) для контроля за точностью выполнения пилотом заданного режима полета, для защиты ЛА в критических или катастрофических ситуациях.

Уровень техники

Известна управляющая экспертная система (ЭС) - Ильясов Б.Г., Парфенов Н.М. и др. «Автоматизация принятия решений при управлении системами «Человек - техника» с помощью экспертных систем». Эргономика в России, СНГ и мире. Межд. Ко-ия С-Пб. Россия. 21-24. 1993, для оказания помощи оператору, решающая следующие задачи: распознавание критической ситуации, принятие решений по управлению выводом сложной системы (объекта) из критической ситуации, выбор управляющих воздействий и контроль эффективности их реализации. В системе «человек-техника» критические ситуации, возникающие вследствие отказов техники, ошибок человека и неблагоприятных внешних условий, приводят в случае непринятия своевременных и правильных управляющих решений к аварии или катастрофе. Принятие решения человеком, управляющим сложной системой, затруднено вследствие многомерности факторов для анализа, неопределенности и неоднозначности описания критических ситуаций, связанных с малым резервом времени и большой психологической нагрузкой.

В базу знаний (БЗ) входят знания о предметной области управления сложной системой в критических ситуациях. В системе знания о проблемной области структурированы исходя из цели построения управляющей ЭС, оказания помощи управляющему в принятии решений при возникновении критических ситуаций.

Представление знаний об управлении системой в критических ситуациях осуществляется с помощью продукционной модели, позволяющей представлять правила распознавания ситуаций и принятия решений. В качестве критерия распознавания классов критических ситуаций в управляющей ЭС используется степень близости распознаваемой ситуации, представленной вектором, к эталонным описаниям классов критических ситуаций.

Однако при такой структуре ЭС управления система бортовых датчиков не включается в цикл работы по пилотированию ЛА. Динамические характеристики современных ЛА отличаются пониженной статической устойчивостью, что привело к существенному усложнению САУ и значительному расширению их функциональных возможностей. В то же время увеличение сложности САУ способствовало существенному увеличению разнообразия отказов этих систем. Поэтому стала практически невозможной разработка только инструктивных указаний по действиям пилота при возникновении каждого из возможных отказов. Подробные инструкции можно разработать только для ограниченного перечня отказов в пределах эксплуатационных ограничений ЛА бортового оборудования (БО). Возникновение же в полете отказов, действия по устранению которых предварительно не отрабатывались и не отражены в инструкциях, представляет серьезную проблему. Как показывает анализ катастроф ЛА, нежелательное развитие событий можно было бы предотвратить, если бы были выполнены соответствующие грамотные действия экипажа. Однако время, которым располагает пилот для этого, обычно не превышает нескольких секунд, а принимая во внимание стрессовое состояние человека во время аварии, становится ясно, что пилот может и не найти единственно правильного решения в нужный момент.

Известен «Способ поддержки оператора летательного аппарата в опасных ситуациях», пат. РФ №2205442 от 27.05.03 Сухолитко В.А., заключающийся в том, что формируют базу знаний по набору возможных программ полета, а также, по результатам анализа и опыта исследования авиационных катастроф, с помощью экспертной системы оценивают работоспособность бортового оборудования летательного аппарата и работу оператора, прогнозируют аварийные ситуации и информируют оператора о возникших отклонениях от нормы в работе бортового оборудования и об изменениях условий полета, оценивают класс и степень сложности опасной ситуации, на основе базы знаний выдают оператору рекомендации и формируют решения по минимизации тяжести последствий, предотвращению перехода аварийной ситуации в катастрофическую, и если оператор по любым причинам не выполняет рекомендации по выводу летательного аппарата из опасной ситуации, то передают управление им в системе автоматического, а для оператора и диспетчера наземного пункта управления формируют кодированные пароли, при вводе которых в экспертную систему разнесенными во времени промежутками разрешают оператору свободное управление летательным аппаратом.

Однако оценка сложности ситуации управления только на основе БЗ не формирует решений по минимизации тяжести последствий при предотвращении перехода аварийной ситуации (АС) в катастрофическую. В данной системе отсутствует контроль за точностью выполнения пилотом заданного режима полет.

Известна автоматизированная высокоинтеллектуальная система безопасности полетов летательного аппарата (пат. РФ №2339547 от 27.03.07), взятая за прототип, которая содержит штатную систему управления ЛА, датчики состояния бортовых систем, блок прогноза движения ЛА за время t₀, блок определения катастрофических ситуаций, вычислитель параметров движения ЛА (ВПД), блок определения режима полета, переключатель, блок сравнения, экспертные системы. В системе содержатся блок возврата в исходный режим полета, связанный с ВПД, четыре экспертные системы. Первая ЭС выполнена с блоком определения режима полета, соединенным с базой знаний по признакам режима полета ЛА, вторая ЭС выполнена с блоком выбора математической модели полета ЛА, соединенным с БЗ по математическим моделям полета ЛА и ВПД. Третья ЭС выполнена с блоком прогноза движения ЛА, блоком определения катастрофической ситуации (КС), соединенным с БЗ по управлению по критическому параметру, и БЗ по КС, связанными последовательно с блоком прогноза движения по предотвращения КС, блоком сравнения, блоком определения момента блокировки штатной системы управления ЛА. Четвертая ЭС выполнена с блоком управления по выводу из КС, соединенным с БЗ по виду управления из КС. В третью ЭС введен блок определения эксплуатационных ограничений, связанный своим входом с выходом блока прогноза движения ЛА БЗ по управлению по недопущению выхода за ограничения, связанная с блоком формирования подсказки экипажу, второй вход которого соединен с блоком определения приближения к эксплуатационным ограничениям, а выход - с индикатором на приборной доске.

Однако данная система не обеспечивает контроль деятельности летчика прим пилотировании и полноту советов по управлению ЛА и выводу из КС с высоким уровнем безопасности. Система не может эффективно выполнять функции управления при длительных полетах по маршруту, включая взлет и посадку самолета.

Технический результат, на создание которого направлено данное изобретение, заключается в повышении безопасности полетов за счет контроля за точностью выполнения пилотом заданных параметров различных режимов полета по маршруту с отслеживанием рельефа местности при выводе из КС.

Существенные признаки

Для достижения указанного технического результата в автоматизированной интеллектуальной системе (АВС) безопасности полета ЛА, содержащей штатную систему управления ЛА, соединенную с датчиками состояния бортовых систем, блок прогноза движения ЛА за время t₀, связанный с ним блок определения катастрофических ситуаций (КС), вычислитель параметров движения (ВПД) ЛА, связанный с входами блока определения режимов полета, блока прогноза движения ЛА за время t₀, переключатель, блок сравнения, блок возврата в исходный режим полета, связанный с ВПД, первую экспертную систему (ЭС), выполненную с блоком определения режимов полета, соединенным с базой знаний (БЗ) по признакам режимов полета ЛА, вторую ЭС, выполненную с блоком выбора математической модели полета ЛА, соединенным с БЗ по математическим моделям полета ЛА и ВПД, третью ЭС, выполненную с блоком прогноза движения ЛА, блоком определения КС, соединенным с БЗ по управлению по критическому параметру и БЗ по КС, блоком сравнения, блоком определения момента блокировки штатной системы управления ЛА, четвертую ЭС, выполненную с блоком управления по выводу из КС, соединенным с БЗ по виду управления вывода из КС, блок определения приближения к эксплуатационным ограничениям, соединенный с БЗ по эксплуатационным ограничениям, связанный своим входом с выходом блока прогноза движения ЛА, БЗ по управлению по недопущению выхода за ограничения, связанная с блоком формирования подсказки экипажу, второй вход которого соединен с блоком приближения к эксплуатационным ограничением, а выход - с индикатором на приборной доске, введены задатчик эталонных характеристик и допусков (ЗЭХД), формирователь эталонных управляющих воздействий (ФЭУВ), формирователь заданной программы управления (ФЗПУ), формирователь границ допусков заданных эталонных характеристик (ФГДЗЭХ), распределительный блок, блок сравнения, логический блок, блок цифровой карты местности, накопитель информации, входом соединенный с ВПД, выходы которого соединены с блоком цифровой карты местности и распределительным блоком, выходы которого соединены с входами ЗЭХД, ФЭУВ, ФЗПУ, ФГДЗЭХ, а их выходы соединены с четырьмя входами блока сравнения, пятый вход которого соединен с блоком цифровой карты местности, а выходом - с логическим блоком, а выходы логического блока связаны с входом блока определения режима полета и входом индикатора на приборной доске.

Таким образом, контроль за пилотированием производят по алгоритму, фиксирующему выходы управляющих воздействий за пределы эталонных допусков и границ в логическом блоке.

Перечень чертежей.

Для пояснения сущности изобретения на фиг.1 представлена блок-схема предложенной АВС обеспечения безопасности полета, где изображены:

1 - вычислитель параметров движения ЛА (ВПД);

2, 3, 4, 5 - первая, вторая, третья, четвертая экспертные системы (ЭС);

6 - блок определения режима полета;

7 - база знаний (БЗ) по признакам режима полета;

8 - блок выбора математической модели полета ЛА;

9 - БЗ по математическим моделям полета ЛА;

10 - блок прогноза движения ЛА;

11 - блок определения катастрофической ситуации (КС);

12 - БЗ по управлению по критическому параметру;

13 - БЗ по КС;

14 - переключатель;

15 - блок прогноза движения по предотвращению КС;

16 - блок сравнения;

17 - блок определения момента блокировки штатной системы управления ЛА;

18 - блок управления по выводу из КС;

19 - БЗ по виду управления вывода из КС;

20 - блок возврата в исходный режим полета;

21 - штатная система управления ЛА;

22 - блок определения приближения к эксплуатационным ограничениям;

23 - БЗ по управлению по недопущению выхода за ограничения;

24 - блок формирования подсказки экипажа;

25 - БЗ по эксплуатационным ограничениям;

26 - индикатор на приборной доске;

27 - накопитель информации;

28 - распределительный блок;

29 - задатчик эталонных характеристик и допусков (ЗЭХД);

30 - формирователь эталонных управляющих воздействий (ФЭУВ);

31 - формирователь заданной программы управления (ФЗПУ);

32 - формирователь границ допусков заданных эталонных характеристик (ФГДЗЭХ);

33 - блок сравнения;

34 - блок цифровой карты местности;

35 - логический блок.

На фиг.2 представлены процессы формирования эталонных 36 с допусками 37 и текущих зависимостей изменения параметров движения ЛА, необходимых для контроля деятельности пилота на ЛА.

АВС обеспечения безопасности полета ЛА включает датчики состояния бортовых систем, соединенные со штатной системой управления 21, вычислитель параметров движения ЛА 1. Первая ЭС 2 выполнена с вычислительным блоком 6 определения режимов полета, первым входом соединенным с БЗ 7 по признакам движения ЛА, вторым входом связанным с вычислителем параметров движения (ВПД) ЛА 1, а выходом, связанным с первым входом второй ЭС 3. Вторая ЭС 3 выполнена с блоком 8 выбора математической модели полета ЛА, вторым входом соединенным с БЗ 9 по математическим моделям полета ЛА, третьим входом - с выходом ВПД 1, а выходом, соединенным с первым входом блока 10 прогноза за время t0 третьей ЭС 4, вторым входом - с выходом ВПД 1; первый выход соединен с блоком 11 определения КС, второй - с блоком сравнения 16, второй вход блока 11 определения КС связан с БЗ по критическому параметру 12, третий вход связан с БЗ по КС 13. Выход блока определения КС 11 связан с переключателем с двумя выходами 14, первый - по сигналу «Да» связан с входом блока прогноза движения по предотвращению КС 15, а второй - по сигналу «Нет» связан с первым входом блока 20 возврата в исходный режим полета. Выход блока сравнения 16 соединен с входом блока 17 определения момента блокировки штатной системы управления ЛА с выходом, связанным с первым входом блока управления 18 по выводу из КС четвертой ЭС 5, вторым входом, соединенным с БЗ 19 по управлению вывода из КС, третьим входом - с выходом ВПД 1, а выходами, связанными со входом штатной системы управления 21 и со входом блока 20 возврата в исходный режим полета ЛА, третий вход которого связан с выходом ВПД 1, третий выход блока прогноза движения ЛА 10 соединен с первым входом блока определения приближения к эксплуатационным ограничениям 22, второй вход его связан с БЗ по эксплуатационным ограничениям 25, выход блока 22 связан с первым входом блока формирования подсказки экипажу 24, второй вход его соединен с БЗ по управлению по недопущению выхода за ограничения 23, а выход его связан с индикатором на приборной доске 26. Накопитель информации 17 входом соединен с ВПД 1, выходы которого соединены с блоком цифровой карты местности 34 и распределительным блоком 28, выходы которого соединены с входами ЗЭХД 29, ФЭУВ 30, ФЗПУ 31, ФГДЗЭХ 32, а их выходы соединены с входом блока сравнения 33, входом соединенного с блоком цифровой карты местности 34, выходом - с логическим блоком 35, а выход его связан с блоком определения режима полета 6 и индикатором 26 на приборной доске, см. фиг.1.

Система работает следующим образом

Контроль за точностью выполнения летчиком заданного режима полета на ЛА заключается в формировании зависимости изменения ряда параметров: угла тангажа ϑ по высоте ϑ=f(H) и скорости ϑ=f(υ), вертикальной скорости по высоте υ_Y=f(H), отклонения руля высоты и стабилизатора по высоте , углов крена γ=f(H), формировании дополнительных эталонных зависимостей ϑ_эт=f(H), ϑ_эт=f(υ), υ_Yэт=f(H), , формировании границ их допусков и результатов сравнения сигналов текущих значений выполнения программы и сигналов управления с эталонами и допусками на них, фиксации и отображении указанной информации. С целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения контроля работы летчика при выполнении всего маршрутного полета с отслеживанием рельефа местности для контроля в АВС введены устройства контроля деятельности летчика на летательном аппарате 29-32, входы которых соединены через распределительный блок 28 с накопителем информации 27, а выходы подключены к входам блока сравнения 33 и далее - к входам логического блока 35, блока 1 - вычисления параметров движения ЛА - блока формирования зависимостей текущих параметров движения и управления, выход которого соединен с блоком 6 определения режима полета. Указанный контроль пилотирования летчика при выполнении всего маршрутного полета ЛА с отслеживанием рельефа местности осуществляется сравнением текущих значений высоты, скорости, углового положения, полета с допусками 37 на отклонение этих параметров от эталонных 36 (см. фиг.2) значений. Система АВС оценивает точность выдерживания расчетных параметров и качество управления на рассматриваемых режимах. На устройствах в блоках 29-32 записана информация об эталонных зависимостях траекторных параметров, управляющих воздействий отклонения органов управления, сформированных по результатам летных испытаний, а также информация о расположении наземных объектов (навигационные координаты - широта и долгота объекта). При включении устройства сигналы с накопителя 1 информации, соответствующие координатам наземных объектов, поступают в блок 34 формирования цифровой карты местности, где они преобразуются согласно выбранным начальным условиям (вид режима, масштаб карты, № маршрута и т.п.). При нарушении процесса пилотирования летчиком - выходе управляющих воздействий за пределы эталонных допусков и границ в логическом блоке 35 в соответствии с алгоритмом превышения выбросов и вероятности возникновения КС - выдаются сигналы в блок определения режима полета 6 для прохождения по всему тракту - структуре АВС.

Логический блок 35 работает в соответствии с алгоритмом:

,

где (ξ₁…ξ_N) - множество параметров полета, (A1…An) - множество ограничений характеристик программы полета, Cn - сигналы, подаваемые в вычислитель 1 параметров движения ЛА.

АВС система обеспечения безопасности полета основана на логике работы летчика-инструктора. В системе определяются моменты времени, когда без вмешательства в управление системой невозможно предотвратить катастрофу. Система заменяет эксперта-оператора при решении задачи по автоматическому управлению для предотвращения катастрофы (КС), вызванной умышленными или ошибочными действиями по управлению из кабины экипажа. Для этого введены операции:

- параллельного моделирования по прогнозу движения ЛА при фактическом положении рычагов управления и по прогнозу движения ЛА при управлении с целью недопущения КС, если она прогнозируются при фактическом положении рычагов управления;

- инженерный анализ по определению на каждом режиме неправильных действий экипажа, приводящих к появлению КС.

Структура системы защиты самолета должна обеспечить следующие операции экспертной системы:

1. Определение вида режима - R_i и времени прогноза t_{прогн i}.

2. Определение для режима R_i перечня возможных для него КС, критических параметров - Х_{крит i} для каждого КС и запаса по критическому параметру - Х_{крит без}, который нельзя превысить в целях безопасности. При этом используются также данные о координатах воздушного судна (ВС), полученные из ПНО самолета, и цифровая карта местности для определения безопасной высоты полета над местностью и объектами на земле.

3. Определение наличия КС и его конкретного вида КС_{прогн i}, который появляется при прогнозе движения для режима R_i.

4. Определение вида управления u_нед для КС_{прогн i}, которое обеспечит недопущение данного вида КС.

5. Формирование управления u_выв для вывода ВС на исходный штатный режим полета.

6. Формирование автоматического управления полета в зону определенного УВД аэродрома и выполнение захода и посадки - u_аэр.

Для решения перечисленных задач используются следующие базы знаний:

- БЗ₁ - по типам режимов, их признакам и t_прогн; (7)

- БЗ₂ - по математическим моделям; (9)

- БЗ₃ - по катастрофическим ситуациям (виды КС, критические параметры, признаки, управление по недопущению КС); (13)

- БЗ₄ - по виду управления по выводу из КС; (19)

- БЗ₅ - по управлению по КС; (12).

Параллельное моделирование ведется в течение всего полета через заданные для каждого этапа полета промежутки времени Δt на заданное время Т_прогн. Если при прогнозе, начинающемся с какого-то времени t_п, за время Т_прогн прогнозируется наступление КС, с этого момента начинается моделирование по прогнозу движения самолета с управлением, обеспечивающим недопущение появления КС. Таким образом, в случае прогноза КС ведется два моделирования - по прогнозу движения при фактическом положении органов управления и по прогнозу движения при управлении по предотвращению КС. Уравнения, описывающие движение самолета на рассматриваемом режиме полета имеет вид

где Х - вектор параметров движения,

U - вектор параметров управления,

F - вектор внешних возмущений.

Моделирование ведется по прогнозу начиная с момента времени t_п.

Способ параллельного моделирования позволяет спрогнозировать наступление КС при фактическом положение рычагов управления, выбрать вид управления по предотвращению КС и определить момент времени, когда надо принудительно реализовать это управление для вывода из опасного режима с минимально допустимым из условий безопасности запасом по критическому параметру. При этом пилоту дается время с момента начала прогноза возникновения КС до момента блокировки управления на пилотирование самолетом.

Для определения прогноза состояния и возможностей возникновения КС системы

решение проводится на заданное время t₀, которое различно для разных режимов. Если при t≤t₀ появляются условия Х>Х_КС, где Х_КС условия наступления КС, значения которых поступают из БЗ 12-13 (ЭС4), то начинается следующий цикл (этап) решения уравнения 1.1.

В систему вводится U=U_кc - управление для вывода из КС, U_КС берется из БЗ 9 (ЭСЗ) и начинается решение уравнения

,

при этом оценивается возможность вывода из КС. В момент, когда |X-X_КС|=ΔX_безоп - заданный запас от КС, то реализуется следующий цикл решения.

В момент времени, когда |X-X_КС|=ΔX_безоп, у экипажа блокируется управление и система реализует для самолета U_КС.

Когда указанные циклы повторяются трижды, то реализуется новый цикл - включение автомата вывода из КС (ЭС5) и блока 20 - возврата в исходный режим полета.

Логика работы системы использует последовательность задач, решаемых АВС:

1. Непрерывное определение типа режима, на котором находится самолет, на основе базы знаний по видам штатных и нештатных режимов и их признаков.

2. По типу режима на основе баз знаний по уравнениям движения и требуемого участка времени прогноза t_прогн. Определяются необходимые для данного режима математическая модель движения и t_прогн.

3. Непрерывное моделирование по прогнозу движения самолета при фактических положениях органов управления и состоянии систем на заданном промежутке времени t_прогн.

4. По типу режима на основе базы знаний по видам катастрофических ситуаций и базы данных по цифровой карте местности определяются: набор КС и их признаков для данного режима; критический параметр Х_крит. для каждого КС, превышение которого приводит к возникновению КС, и запас по критическому параметру

Х_{крит.без.}, который рекомендуется не превышать в целях безопасности. Введение параметра

Х_{крит.без.} диктуется тем, что управление по предотвращению КС следовало бы начинать сразу, как только при прогнозе движения самолета на время Х_прогн. прогнозируется наступление КС. Это вполне справедливо для ряда ситуаций, например сваливание, штопор, пожар. Однако в ряде случаев летчику необходимо дать возможность управлять самолетом, даже если прогнозируется КС, но есть возможность предотвратить его наступление при завершении маневра, например, при предотвращении столкновения с другим ЛА, с землей, ухода от зоны сдвига ветра или молниеопасной зоны и др. Эти соображения должны приниматься при выборе фиксированного Х_{крит.без.} или же за Х_{крит.без.} принимать его фактическое значение.

5. Если при выполнении операции 3 на промежутке Х_прогн. на основе данных по п.4 прогнозируется наступление КС, то для данного вида КС из базы данных по видам управления по недопущению КС выбирается вид управления для данного вида КС и начинается непрерывное моделирование по прогнозу движения самолета при реализации выбранного вида управления по недопущению КС.

6. В процессе моделирования по п.п.3 и 5 оценивается запас по критическому параметру ΔХ. В тот момент, когда ΔX=ΔX_{кpит.без}, должна осуществляться блокировка управления в кабине экипажа и переход на автоматическое управление по командам рассматриваемой системы.

7. Автоматическое управление самолетом по командам системы, реализующей управление по предотвращению КС и по выводу самолета в исходный режим.

8. Блокировка управления из кабины экипажа и реализация автоматизированного захода и посадки самолета на ближайший аэродром, выбранный на основе соответствующей базы данных, или заданный с наземного пункта УВД. Этот режим включается при условиях, когда должна обеспечиваться посадка на аэродром не ниже II категории ИКАО.

Рассматривается автономный вариант автоматизированной посадки, когда полет по маршруту, снижение, полет в зоне аэродрома и посадка осуществляется системой автоматического управления самолетом.

9. Блокировка управления предполагает варианты реализации этой функции: стопорение рычагов управления; отключение электрических сигналов, пропорциональных отклонению рычагов управления; суммирование этих сигналов с сигналами противоположного знака; блокировка защитных колпаков над тумблерами и т.д.

10. Связь с наземным пунктом УВД требует реализации радиокомандной линии связи для выполнения следующих функций:

Командные сигналы с наземного пункта УВД:

- Команда на блокировку управления из кабины экипажа и выполнения автоматической посадки на ближайший аэродром;

- Указание аэродрома посадки;

- Смена эшелона;

- Уклонение от столкновения

- Указание ВПП;

- Уход на второй круг.

Как дополнительный вариант (в п.7) может рассматриваться передача на борт самолета командных сигналов на выполнение отдельных режимов.

Работа рассматриваемой системы, являющейся экспертной системой, которая работает не по жестким алгоритмам (как система автоматического управления), а работает по алгоритмам, выбираемым по определенным правилам из базы знаний. Система этих правил и базы знаний строится на основе знаний экспертов. Система защиты самолета от ошибочных управляющих действий из кабины экипажа строится на использовании баз знаний 7, 9, 12, 13, 19.

База знаний по признакам режима полета (7).

Виды режимов включают как типовые режимы (взлет, набор высоты, снижение, крейсерский режим, разворот, полет по кругу, заход на посадку, посадка), так и нештатные (полет с отказавшими одним или несколькими двигателями; полет с отказавшими системами; полет в условиях обледенения, сильного дождя, сдвига ветра; сваливание; штопор; полет при пожаре на борту; полет при нештатной конфигурации; автоматическое сопровождение с использованием цифровых карт местности).

Для каждого типа режима определяются характеризующие их признаки (параметры движения, параметры управления, конфигурация, состояние двигателей и систем самолета, внешние возмущения).

Для каждого режима определяется время моделирования для прогноза движения при фактическом положении органов управления и прогноза движения по выводу из катастрофической ситуации t_прогн. Это время определяется для каждого вида режима по времени, необходимому для вывода из катастрофических ситуаций, возможных для данного режима, и по управлению, которое приводит к катастрофической ситуации. Например, для крейсерского режима t_прогн будет разное для случая полного отклонения руля высоты и для случая торможения после уборки газа всех двигателей при сохранении высоты.

База знаний по математическим моделям ЛА (9)

Модели выбираются по следующим признакам: вес и центровка, конфигурация, скорость, высота, углы атаки и скольжения, число Маха, режимы работы двигателей, состояние ВПП, уровень обледенения. Идеальным случаем такой базы знаний является математическая модель для комплексного тренажера, дополненная расширением параметров до уровня катастрофических ситуаций.

База знаний по катастрофическим ситуациям (13)

Для каждого режима составляется перечень катастрофических ситуаций, которые могут появиться вследствие ошибочных (неумышленных или умышленных) управляющих действий из кабины экипажа. При этом рассматриваются управляющие действия как при выполнении штатных режимов полета, так и режимов с отказами силовой установки и систем самолета, разгерметизации, пожаре, обледенении, сдвига ветра, сильном дожде, опасном сближении с другим самолетом и др.

База знаний по КС, возможным для каждого этапа полета, включает в себя базы знаний по перечню КС и рекомендуемому из соображений безопасности минимально допустимому запасу по критическому параметру при предотвращению КС.

База знаний по перечню катастрофических ситуаций для каждого режима полета формируется на основе следующих фрагментов:

- Анализа статистики летных происшествий;

- Инженерного анализа по выявлению возможных отказов самолетных систем и силовой установки, выполняемых при сертификации самолета;

- Инженерного анализа по выявлению возможных ошибочных действий по управлению из кабины экипажа, приводящих к катастрофической ситуации.

База знаний по признакам КС формируется для КС каждого режима полета следующим образом. В первую очередь в перечень признаков каждого КС входит критический параметр и его контрольное значение. Далее в зависимости от режима полета и вида КС в указанный перечень входят: параметры управления, конфигурация, вес, центровка, факт отказного состояния систем самолета, внешние возмущения (ветер, обледенение, молния и т.д.), определенные параметры движения (например, угол атаки при попадании в штопор), рельеф местности, параметры полета самолета, с которыми возможно опасное сближение и др.

База знаний по критическому параметру КС формируется на основе определения параметра, превышение (или уменьшение) которого приводит к разрушению самолета при рассмотрении каждого конкретного случая наступления КС. Разрушение самолета может быть связано:

- с превышением расчетной по прочности нагрузки (в этом случае критическими параметрами могут быть приборная скорость, вертикальная и боковая перегрузки);

- с ударом самолета о землю (в этом случае критический параметр - высота полета или же, если полет происходит над городом или одиночными объектами, то в качестве критического параметра может быть взята высота над безопасным уровнем полета над городом или этими объектами);

- с пожаром (в этом случае критический параметр - время пожара);

- с превышением взлетного веса и пределов центровки;

- с неправильной конфигурацией, например, посадкой с убранными шасси;

- с отказом всех двигателей из-за отсутствия топлива или удара молнии;

- с попаданием в штопор;

- со столкновением с другим летательным аппаратом.

База знаний по виду управления вывода из катастрофической ситуации (19)

При этом имеется в виду управление, позволяющее как можно быстрее предотвратить приближение критического параметра к его контрольному значению и вывести самолет в исходный штатный режим полета. Вывод самолета в исходный режим после предотвращения наступления КС сложности не представляет и решается на основе алгоритмов штатной системы автоматического управления. Определение вида управления по предотвращению КС осуществляется следующими способами:

- Определение оптимального управления, что требует больших усилий и не всегда может быть реализовано;

- Определение рациональной стратегии управления на основе математического моделирования, полетов на пилотажных стендах и тренажерах, летных испытаний;

- Использование существующих баз знаний (например, использование базы знаний по методам вывода из штопора в зависимости от вида штопора);

- Результаты инженерного анализа, которые касаются, в основном, разовых команд управления (например, команды на своевременное изменение конфигурации).

Организация решения задач в многозадачном программном комплексе АВС предполагает определение последовательности решения задач с их зацикливанием для однотипных информационных режимов, хранение и передачу информации между устройствами памяти и процессорами. Система работает в реальном масштабе времени.

Автоматизированная высокоинтеллектуальная система обеспечения безопасности полета летательного аппарата (ЛА), содержащая штатную систему управления ЛА, соединенную с датчиками состояния бортовых систем, блок прогноза движения ЛА за время t₀, связанный выходом с входом блока определения катастрофических ситуаций (КС), вычислитель параметров движения (ВПД) ЛА, связанный выходом с входами блока определения режимов полета, блока прогноза движения ЛА за время t₀, переключателя, выполненного пороговым, блока сравнения, блока возврата в исходный режим полета, связанный с ВПД, первая экспертная систем А (ЭС), выполненная с блоком определения режимов полета, соединенным с базой знаний (БЗ) по признакам режимов полета ЛА, вторая ЭС, выполненная с блоком выбора математической модели полета ЛА, соединенным с БЗ по математическим моделям полета ЛА и ВПД, третья ЭС, выполненная с блоком прогноза движения ЛА, блоком определения КС, соединенным с БЗ по управлению по критическому параметру и БЗ по КС, связанными последовательно с блоком прогноза движения по предотвращению КС, блоком сравнения, блоком определения момента блокировки штатной системы управления ЛА, четвертая ЭС, выполненная с блоком управления по выводу из КС, соединенным с выходом БЗ по виду управления вывода из КС, блок определения приближения к эксплуатационным ограничениям, соединенный с БЗ по эксплуатационным ограничениям, связанный своим входом с выходом блока прогноза движения ЛА, БЗ по управлению по недопущению выхода за ограничения, связанная с блоком формирования подсказки экипажу, второй вход которого соединен с блоком определения приближения к эксплуатационным ограничениям, а выход - с индикатором на приборной доске, отличающаяся тем, что в нее введены задатчик эталонных характеристик и допусков (ЗЭХД), формирователь эталонных управляющих воздействий (ФЭУВ), формирователь заданной программы управления (ФЗПУ), формирователь границ допусков заданных эталонных характеристик (ФГДЗЭХ), распределительный блок, блок сравнения, логический блок, блок цифровой карты местности, накопитель информации, входом соединенный с выходом ВПД, выходы которого соединены с блоком цифровой карты местности и распределительным блоком, выходы которого соединены с входами ЗЭХД, ФЭУВ, ФЗПУ, ФГДЗЭХ, а их выходы соединены с четырьмя входами блока сравнения, пятый вход которого соединен с выходом блока цифровой карты местности, а выходом - с логическим блоком, выходы которого связаны с входом блока определения режима полета и входом индикатора на приборной доске.