Эдсу самолета что это
Эдсу самолета что это
Электродистанционная система управления (ЭДСУ) или Fly-by-Wire или сервопривод или бустерное управление — электронная цифровая система управления (например, самолётом), обеспечивающая передачу управляющих сигналов от пилота к исполнительным механизмам в виде электрических сигналов.
Содержание
Принцип действия
В отличие от механических и бустерных систем управления, где воздействия от органов управления в кабине к управляющим поверхностям (элеронам, рулю высоты и т.д.) или силовым приводам передаются посредством механической проводки, включающей в себя тяги, качалки, тросы, шкивы и т.д., в ЭДСУ эти воздействия передаются с помощью электрических сигналов.
Механические перемещения органов управления с помощью установленных на них датчиков преобразуются в аналоговые или цифровые электрические сигналы, которые по электропроводке поступают в вычислитель системы управления. Одновременно этот вычислитель получает сигналы от датчиков угловых скоростей, перегрузок, углов атаки и скольжения, вычислителя системы воздушных сигналов и других устройств. В соответствии с заложенными в него алгоритмами управления вычислитель ЭДСУ преобразует их во входные сигналы приводов органов управления.
Также вычислитель позволяет применить достаточно сложные системы ограничения предельных режимов и значительно снизить вероятность попадания самолёта в режим сваливания, штопор и другие нежелательные режимы полета.
Электродистанционная система управления
Электродистанционная система управления (ЭДСУ, Fly-by-Wire) — система управления (например, самолётом), обеспечивающая передачу управляющих сигналов от лётчика (от РУС или РППУ) к исполнительным механизмам в виде электрических сигналов.
Содержание
История
Исторически появление ЭДСУ было связано с ненадёжностью работы тяг на некоторых самолётах (в СССР ЭДСУ появилась уже на АНТ-20), либо использования гермокабины на высотных истребителях, ввиду сложности выведения из таковой подвижных тяг (Пе-2). Однако жизненная необходимость в ЭДСУ возникла в связи с переходом к статически неустойчивым компоновкам истребителей, которые позволяли получить ряд преимуществ по сравнению с обычными (снижение балансировочного сопротивления и массы фюзеляжа, и как следствие, увеличение экономичности; улучшение манёвренности). По ряду причин (люфт в механической проводке и др.) на таких самолётах невозможно было применить традиционную бустерную необратимую систему управления.
Первым самолётом с аналоговой ЭДСУ стал американский A-5 «Виджилент». Первые серийные истребители с ЭДСУ — F-16, Су-27.
Несколько позже ЭДСУ появились и на пассажирских самолётах (впервые — на Airbus A320 и Ту-204). Большинство более современных пассажирских и военных самолётов также оснащены такой системой управления.
Принцип действия
В отличие от механических и бустерных систем управления, где воздействия от органов управления в кабине к управляющим поверхностям (элеронам, рулю высоты и т. д.) или силовым приводам передаются посредством механической проводки, включающей в себя тяги, качалки, тросы, шкивы и т. д., в ЭДСУ эти воздействия передаются с помощью электрических сигналов.
Механические перемещения рычагов управления в кабине самолёта с помощью установленных на них датчиков преобразуются в аналоговые или цифровые электрические сигналы, которые по электропроводке поступают в вычислитель системы управления. Одновременно туда же поступают сигналы от датчиков угловых скоростей, перегрузок, углов атаки и скольжения, вычислителя системы воздушных сигналов и других устройств. Вычислитель ЭДСУ в соответствии с заложенными в него алгоритмами управления преобразует эти сигналы во входные сигналы приводов органов управления. При этом он также может выполнять функции ограничителя предельных режимов полёта: не допускать превышения установленных ограничений по перегрузке, углу атаки и другим параметрам. Таким образом значительно снижается вероятность попадания самолёта в нежелательные режимы полета: сваливание, штопор и т. д.
Для большинства важнейших систем самолёта ключевыми факторами обеспечения безопасности полёта являются надёжность их функционирования. Это относится и к ЭДСУ. На борту самолёта имеется несколько (обычно, четыре или более) параллельно работающих вычислителей с собственными датчиками, преобразователями и электропроводкой. Каждый вычислитель сравнивает свои сигналы с сигналами других и способен «проигнорировать мнение» вычислителя, который, судя по всему, выдает неверные данные. Питание вычислителей также дублируется. В результате вероятность полного отказа ЭДСУ пассажирских самолётов составляет менее 
, а военных — менее 
на 1 час полёта, то есть такой отказ практически невозможен.
Как работает ЭДСУ
Система ЭДСУ самолета Falcon 7X, созданная с учетом многолетнего опыта Dassault по созданию истребителей, — это инновационная разработка в деловой авиации. Другие будут следовать ей как данности, поскольку именно так будут управляться самолеты будущего. Возврат к управлению полетом без использования компьютеров невозможен.
Несколько лет назад я летел на Falcon 900EX из Сан-Франциско в Коламбус, шт. Огайо. Несмотря на поздний прилет, добрые люди из ночной смены Lane Aviation быстро занялись заправкой и подготовкой самолета к полету.
Внутри комплекса наземного обслуживания был седой джентльмен на электроскутере Segway — двухколесном устройстве, на котором водитель просто стоит, держась за ручки, и наклоняется в том направлении, куда он хочет двигаться. Насколько трудно научиться на нем кататься? Я попросил попробовать, и мне дали проехать один круг.
Получилось у меня неважно. Мне показалось, что эта машинка очень сложна для плавного управления, я шатался и вилял всю дорогу, хотя мне и удалось проехать круг, не врезавшись ни в одну дверь и не сбив со стены ни одной картинки. Когда я вернулся, пожилой хозяин электроскутера покачал головой: «Не пытайся сбалансировать эту штуку, она сама балансируется. Просто стой на ней и думай, в какую сторону ты хочешь ехать, — туда и поедешь. Это так просто. У моей пятилетней внучки нет таких проблем, как у пилота, потому что она не пытается управлять ею. Представь, будто у нее четыре колеса, а не два, и просто стой спокойно».
Я последовал этому совету, и ехать сразу же оказалась совсем легко; я делал повороты с маленьким радиусом и получил массу удовольствия. Это очень поучительная история. В то время я еще этого не понимал, но это был прорыв, который пригодился мне позже.
Электродистанционное управление
За несколько лет до описанного случая на ежегодном завтраке компании Dassault в ходе слета NBAA выступал изобретатель электроскутера Segway Дин Кэймен. Гений с негромким голосом, как я считаю, Кэймен не просто умен, у него есть способность сделать свою гениальность понятной для всех нас. Он работал над рядом проектов, включая очистку воды, но в тот момент компания Dassault старалась познакомить присутствующих с концепцией электродистанционной системы управления (ЭДСУ), и Кэймен был самым подходящим человеком для выполнения этой цели.
В какой-то момент он поднял руку и пошевелил пальцами. «Электродистанционное управление, — сказал он. — Электрические импульсы из моего мозга движутся по нервам к мышцам руки, где они преобразуются в механическое движение. Вот что такое электродистанционное управление». Черт возьми, он был прав. У нас нет тросов, протянутых через руки к лебедкам на шее. Нам не требуются хитроумные механизмы, чтобы пошевелить пальцем. Напротив, мы просто думаем о движении электрическими импульсами, и оно происходит. В нас встроена ЭДСУ!
Dassault не зря потратила деньги на тарелку того омлета.
В обычной системе управления полетом пилот двигает штурвал или ручку управления и педали, чтобы передать команды аэродинамическим управляющим поверхностям. Эти движения механически передаются через систему тросов и тяг либо непосредственно на управляющие поверхности, либо на клапаны гидроприводов, которые отклоняют элероны и рули высоты и направления.
При этом пилот полностью отвечает за то, какую силу приложить к органам управления и к каким последствиям это может привести. Если слишком сильно потянуть на большой скорости, может возникнуть чрезмерная перегрузка, если на маленькой скорости — самолет уйдет в сваливание. Таким образом, пилот механически связан с управляющими поверхностями. Их отклонения соответствуют действиям пилота независимо от того, с какой скоростью летит самолет и к каким последствиям такие отклонения могут привести.
Если спросить, в чем разница между ЭДСУ и обычной системой управления, очень часто можно услышать: «Аэродинамические поверхности управляются электрическими импульсами, а не механическими тягами». Это правда, но реальное отличие ЭДСУ заключается в том, что руководящие действия пилота поступают в компьютер, который и управляет аэродинамическими поверхностями. Электрические провода — просто среда для передачи этих сигналов. Самолет Falcon 7X имеет три основных компьютера, которые защищают от превышения скорости, сваливания и перегрузки, стабилизируют самолет, автотриммируют его, пересчитывают действия пилотов в отклонения рулей и элеронов и оптимизируют конфигурацию самолета. Три запасных компьютера служат для резервирования основных.
На случай невероятного ужасного события, когда отказали все шесть цифровых компьютеров, предусмотрен аналоговый вычислитель, который связывает два интерцептора-элерона с отклонениями педалей и триммируемый стабилизатор с переключателем балансировки по тангажу.
Посадить самолет в режиме такого «ручного» управления с помощью аналогового вычислителя невозможно. Но с ним можно продолжать полет, пока не перезагрузятся цифровые компьютеры. Как рассказал мне один инженер, вероятность отказа всех шести компьютеров равна 10 в минус какой-то, невероятно большой степени, но всегда приятнее знать, что ни при каких обстоятельствах вы не окажетесь в ситуации, когда контроль над самолетом полностью потерян.
Я считаю эти компьютеры помощниками, а не заменителями моего мозга. Мне нравится вспоминать историю о кардиохирурге, который был пассажиром самолета Global Express, пилотируемого мною. Он был пилотом-любителем, со своим собственным легким двухмоторным самолетом (любите ли вы вообще ситуации, когда такие ребята становятся «экспертами» в салоне и объясняют всем вокруг, что вы там делаете в кабине и почему?). Тем не менее он выдал следующий комментарий: «Сейчас всё делают компьютеры. Поверьте мне, я знаю».
Я спросил у него, работал ли он в какой-нибудь больнице, оснащенной компьютерами в операционной. «Ну, разумеется. Это новейшее научное достижение», — ответил он. «Получается, что я тоже мог бы проводить операции на сердце, да?» — спросил я. «Ну, не совсем, — сказал он снисходительно. — Врач все-таки должен знать, что компьютер делает с пациентом. Нужен опыт, чтобы понимать, какие сложности могут возникнуть при той или иной процедуре. Хирургом все равно остается человек».
Именно так. При полете на Falcon 7X компьютеры «оценивают», что я хочу сделать с самолетом. Они предохраняют меня от выхода на недопустимые режимы разрушения самолета или сваливания. Мне не надо руками удерживаться на грани сваливания, если я хочу выжать из самолета все возможное в случае сдвига ветра или маневра по предотвращению столкновения с землей. Я просто тяну ручку изо всех сил в нужном направлении и получаю максимум того, на что способен самолет для выполнения поставленной задачи. Мне не нужно сопоставлять все свои действия с воздушной скоростью самолета. Разумеется, лучше я все-таки буду это делать, но даже если не буду, я не рискую ни свалить самолет, ни оторвать ему крылья. Мне не нужно помнить о необходимости убрать интерцепторы-элероны или выпустить или убрать другую механизацию крыла в критические моменты. Мои действия поддерживаются компьютером, в котором запрограммированы все ограничения.
От воздействия до управляющего движения
В системе ЭДСУ компании Dassault управляющие воздействия пилота сначала направляются в концентраторы полетных данных, которые собирают движения джойстика (боковой ручки управления) и педалей. Если включен автопилот, концентраторы собирают данные от полетного компьютера.
Говоря «собирают», я использую пилотский жаргон, а не инженерную терминологию. Например, в каждом джойстике есть 20 потенциометров, которые измеряют и переводят в электрические сигналы направление смещения джойстика, скорость и продолжительность. Это чрезвычайно сложная система. Сбор данных происходит путем передачи электрических сигналов всем шести компьютерам управления полетом.
Чтобы самолет правильно реагировал на управляющие воздействия, компьютеры прежде всего должны знать его текущее состояния полета.
В обычном самолете пилот определяет условия полета, анализируя данные из различных источников, включая трубки Пито, барометры, термометры и датчики скольжения. Эта информация выводится на приборную доску.
В системе ЭДСУ все эти данные должны быть оцифрованы и переданы в компьютер. В Falcon 7X информация приходит от четырех датчиков воздушных данных ADS (Air Data System): первый для командира воздушного судна, второй для второго пилота, четвертый для резервного индикатора скорости и высоты, а третий служит для резервирования любого из перечисленных датчиков. Эти же датчики поставляют информацию в систему ЭДСУ. Другие системы самолета также выдают данные с соответствующих сенсоров.
Выходные данные из компьютеров управления полетом направляются в четыре узла контроля и мониторинга исполнительных механизмов системы управления. Эти узлы подают команды на отклоняемые аэродинамические поверхности самолета и отслеживают их исполнение. Электрогидравлические клапаны исполнительных механизмов открываются в ответ на электрические сигналы, которые сообщают величину и скорость перемещений.
Также имеется компьютер для технического обслуживания бортовой авионики, который занят мониторингом работы всех компонентов и оценивает, насколько хорошо они работают, то есть нет ли отказов.
Зачем так много компьютеров?
В системе ЭДСУ самолета Falcon 7X задействовано три комплекта компьютеров системы управления. Обычно работают три основных двухканальных компьютера (канал A управляет, канал B контролирует). Резервные компьютеры подхватывают управление только в случае отказа всех трех основных компьютеров.
Когда работают все три основных компьютера, система функционирует в нормальном режиме со всеми защитами от выхода за допустимые параметры. Если откажет один из трех основных компьютеров, пилот все равно может поддерживать систему в нормальном законе управления. При отказе двух компьютеров система переключается на альтернативный закон управления, то есть часть защит снимается. При отказе всех трех основных компьютеров пилот переходит на прямой закон управления, контролируя самолет резервными полетными компьютерами, которые имеют одноканальную конструкцию и не осуществляют мониторинг входных команд на предмет возможного выхода за пределы допустимых параметров. В прямом режиме управления беспечный пилот может разрушить самолет от перегрузки или свалить его — как это всегда возможно на обычных самолетах без ЭДСУ.
Чтобы обеспечить надежное электроснабжение, система устроена так, что для ее питания достаточно работы одного из трех генераторов. Если отказали все генераторы, система все равно может получить энергию от батарей или от генераторов с постоянными магнитами либо на первом, либо на втором двигателе. Если все это не помогает, остается еще выдвижная аварийная турбина, обеспечивающая аварийное электропитание и давление в гидравлической системе.
А почему джойстик?
Внедрение ЭДСУ дает возможность радикально изменить сам способ того, как пилот управляет самолетом. Первый раз с технологией ЭДСУ я познакомился на истребителе F-16. И хотя у меня не было возможности полетать на нем, я не могу представить более естественную для пилота компоновку. Отклоняющееся кресло, сектор газа в одной руке, джойстик в другой, плечи расслаблены, а руки поддерживаются подлокотниками, помогающими выдержать перегрузки. Прекрасно.
С того момента как я впервые посмотрел F-16, у меня остается уверенность, что не может быть лучших компоновок ЭДСУ, чем те, которые придумали General Dynamics, Dassault или Airbus. Невозможно улучшить естественное положение рук на боковых ручках управления. Реализовать эту чудесную технологию с помощью штурвала или ручки между ногами пилота — это все равно что установить трехскоростную ручку переключения передач на рулевую колонку нового «шевроле-корветт». Один совет любому производителю, который планирует «улучшить» ЭДСУ: центральный штурвал или центральная ручка безнадежно устарели двигайтесь дальше.
Разумеется, это мое мнение.
Комфорт полета
Любой пилот, летавший на истребителе, на вертолете или даже на Piper Cub с ручкой управления, знает, что ее нельзя «хватать». Скорее, вы кладете правое запястье на правую ногу и «касаетесь» ручки. При обучении полету в строю или при дозаправке в воздухе близость других самолетов обычно побуждает курсантов к чрезмерному управлению, поскольку они берутся за ручку слишком крепко. Ослабить хватку помогает такой способ — поместить карандаш в руку курсанта и объяснить: «Если ты чувствуешь этот карандаш, значит, ты держишься за ручку слишком крепко».
При полете в строю точные движения ручки вперед и назад выполняются с помощью запястья. Движения влево и вправо обычно выполняются большим пальцем на задней части ручки и двумя пальцами, касающимися передней части. Движением этих пальцев выполняется управление по крену при полете в строю. Известный совет: «Сдвинь ручку как надо и триммируй нагрузку». Кнопка триммера на большинстве маневренных самолетов расположена наверху джойстика.
Очевидно, что для полетов на Falcon 7X вам не надо осваивать истребители, но этот опыт дал мне хорошую основу для освоения ЭДСУ. Работай с ручкой большим пальцем и кончиками двух или трех пальцев. Направь самолет, куда хочешь, и просто подожди секунду. Он триммирует нагрузку, чтобы оставаться в этом состоянии.
Наряду с настраиваемым пилотским креслом и педалями Falcon 7X имеет мягкий подлокотник около джойстика, что позволяет снять напряжение с руки.
Как не надо летать с ЭДСУ
Поскольку Falcon 7X устойчиво стабилизируется в выбранном направлении полета, его пространственное положение может меняться в ходе этого, особенно если вы управляете самолетом вручную с выключенным автоматом тяги. Это требует некоторой мысленной подстройки, особенно для опытных пилотов.
Нас всех учили, что при полете по приборам все изменения в движении самолета должны производиться с учетом его пространственного положения. Мы не толкаем ручку управления вперед, глядя на высотомер. Мы сверяемся с высотомером и снижаем угол тангажа, чтобы корректировать отклонение по высоте. Мы, опять же, сверяемся с высотомером при изменении тяги и при корректировке вызванных этим изменений в траектории полета.
Однако снова, поскольку траектория полета у Falcon 7X выдерживается автоматически, самолет может сам менять свое пространственное положение — слегка, но ощутимо для пилота. Пилот тоже менял бы положение самолета, добиваясь того, что ЭДСУ делает автоматически, но поскольку это изменение произошло без его команды, он может рефлекторно вернуть самолет к прежнему положению. В этот момент пилот сможет обнаружить по приборам, что самолет продолжает менять свое положение, из-за того что пилот вмешался в первоначальную реакцию самолета, направленную как раз на поддержание заданной траектории полета. Он снова вносит изменения, и осцилляции продолжаются. На самом деле такой пилот пытается удержать равновесие на электроскутере Segway.
Не надо бороться с ЭДСУ. Пусть она сама поддерживает траекторию полета. На самолете Falcon 7X нельзя летать так же, как на любом обычном самолете, но как только вы позволите ему самому поддерживать траекторию и будете вносить лишь необходимые изменения, пилотирование станет таким же легким, как поездка на Segway.
Система ЭДСУ самолета Falcon 7X, созданная с учетом многолетнего опыта Dassault по созданию истребителей, — это инновационная разработка в деловой авиации. Другие будут следовать ей как данности, поскольку именно так будут управляться самолеты будущего. Возврат к управлению полетом без использования компьютеров невозможен.
Архитектура систем управления самолётом
«Мы работаем для того, чтобы вы не боялись летать»
рис 1. Модель Bombardier BD 500 в аэродинамической трубе
Именно такой слоган я как-то придумал для своей работы. Он как нельзя лучше выражает саму суть разработки систем управления самолётом. И, если честно, я бы хотел, чтобы это стало девизом всех разработчиков систем управления современными самолётами по всему миру. Потому что, несмотря на то, что часто можно услышать, что самолёт — один из самых безопасных видов транспорта, тысячи людей по всему миру боятся летать, вцепляются в ручки кресел… А зачастую причина всех страхов — неизвестность. Когда надо доверится такой непрочной конструкции, болтающейся километры над землёй, таким хрупким сплетением проводов и битов кода, скрытой завесой улыбок стюардесс и тайн программного кода. И которую стоит приоткрыть.
К моему удивлению, моя предыдущая статья вызвала неожиданно большой резонанс как на Хабре, так и за его пределами. Мне задали ряд вопросов и высказали ряд недовольства, законно обозвав это «закрытой областью». Вопреки такому мнению, всё, о чём я рассказывал в статье и о чём речь пойдёт в этой, можно найти в интернете. Быть может по разрозненным кускам, быть может, на разных языках, но ни один факт не является ноу-хау. Задача моей статьи — познакомить читателя с замечательной областью авиации и классифицировать весь опыт и знания, которые мне удалось накопить. Что же касается проблемных тем и вопросов, затронутых мной, хочется вспомнить схожий случай, описанный г-ном Фейнманом в замечательной книжке «Какое тебе дело до того, что о тебе думают другие?». Если кто не читал, то обязательно прочтите. Там Ричард рассказывает о проблемах в НАСА. О проблемах, которые привели к крушению челнока. И о том, что не всегда бывает виновато оборудование, программы, программисты их писавшие, а часто виноватыми оказываются допуски, сокрытие фактов и принятые консервативные решения. И знаете что? НАСА из-за этого случая и огласки не стало хуже, а лишь научилось на своём хоть и печальном, но опыте. Престиж не только не упал, но вырос, НАСА показала себя организацией, которая умеет решать проблемы и признавать их. Потому что как космос, как и авиация — великолепные области, в которых работают великолепные компании и преданные люди. И не верьте тем, кто говорит, что после установки туалетов в самолётах небо перестало быть местом для романтиков.
Automation is great. It’s essential. It reduces fatigue, and enhances safety. But what if it breaks?
Все вы конечно знаете, что законы Мерфи работают, и один из них гласит, что всё, что может сломаться — сломается. Всё, что не может сломаться — тоже сломается. Каков бы не был низок процент отказа оборудования, вероятность отказа существует. Но существуют методы, позволяющие эти отказы минимизировать. И, в первую очередь, это архитектурные особенности программно-аппаратного комплекса.
рис 2. Т-4
Современный самолёт управляется так называемой ЭДСУ — Электродистанционной Системой Управления. На самом деле, это не такая уж новинка. Впервые такая система была установлена на советском самолёте «Максим Горький», управляющая поверхностями путём передачи электрического тока (аналоговая ЭДСУ). Позже в военной технике она появится в полностью цифровом виде на советском Т-4, а в гражданской авиации — на Airbus A320 и Ту-204. Тем не менее, ни что не стоит на месте и технологии совершенствуются, разрабатываются новые подходы и достигаются новые уровни безопасности.
Что представляет собой ЭДСУ? В первую очередь, это программно-аппаратный комплекс, состоящий из:
Каждая из систем обычно как минимум дублируется один раз. В зависимости от требуемых законов управления, ценовых и компоновочных решений архитектура может варьироваться — содержать больше контуров дублирования, контроля, силовых контуров, или же, напротив, меньше. А так же возможны комбинации ЭДСУ и механической, гидромеханической систем управления.
рис 3. структурная схема ЭДСУ
Использование ЭДСУ в первую очередь обеспечивает значительное уменьшение веса системы управления, что на больших самолётах имеет критическую важность. Так же даёт более гибкие возможности компоновки, часто позволяет расположить систему управления практически в любом доступном месте самолёта. Кстати говоря, поэтому управление по проводам (fly-by-wire) всё ещё является наиболее популярным, т. к. является не столь сложным и капризным, как fly-by-light (с использованием оптики ) или fly-by-wireless (с использованием беспроводных технологий). Уменьшение веса и упрощение компоновки позволяет ввести дополнительные контуры, обеспечивающие нормальное управление самолётом в состоянии отказа одного из работавших ранее контуров. Позволяет по возможности уменьшить человеческий фактор, контролируя параметры полёта в автоматическом режиме и корректируя команды пилотов. Контролирует состояние критических систем самолёта в режиме реального времени, что позволяет обнаружить, отследить и по возможности исправить ошибку в минимально возможное время.
рис 4. функциональная схема ЭДСУ
Тем не менее, в процессе проектирования таких систем критически важно создать правильную архитектуру. Это — наиболее уязвимое место ЭДСУ. Наиболее классическими случаями ошибок являются:
К сожалению, не имею представления о технологиях, которые были применены в советских самолётах, но думаю, он схож с современным подходом, который справедлив и для иностранных, и для российских проектов.
Система управления
Типичная система управления состоит из:
рис 5. ЭДСУ Boeing 777
В зависимости от сложности системы могут быть добавлены дополнительные устройства \ разделены существующие. В любом случае, при правильном дублировании и проектировании системы главный принцип — это соблюдение принципа «различия» (dissimilarity), что означает, что для каждого элемента работающего в режиме дублирования дожна быть применены различные электронные компоненты, процессоры, языки программирования, написан разный код, а соединяющие провода проложены независимо разными путями.
Электроника управления
Компьютеры управления (PFC) и исполнительные модули (ACE) состоят в свою очередь из нескольких независимых каналов. В простейшем случае они состоят из канала управления, который вычисляет команду к исполнению (Control Channel) и канала контроля, который проверят правильность команд (Monitor Channel). Для простоты можно сказать, что первый должен выдавать наиболее точные данные, рассчитанные с использованием сложных законов управления, базирующихся на динамических моделях поведения самолёта, а второй — давать правильную оценку на основе оценки окружающей обстановки, поступающей от датчиков с принимая и допуская некий «усреднённый вариант», но делая это быстрее канала управления, имея возможность заблокировать новый неверный сигнал до того, как пройдёт команда к исполнению и обработать ошибку.
рис 6. архитектурная схема PFC для Boeing 777
В зависимости от проекта применяется разное число модулей и разные комбинации каналов внутри них. В Boeing-777, например, три главных компьютера по три канала в каждом. Причём каждый канал может исполнять разные роли, но неизменно один из них — канал управления, а два других — контроля. В Boeing, к примеру, популярна схема с 1 MC, 1 CC и 1 канал горячей замены (standby). В других компоновках так же могут быть отдельно вынесен канал для управления силовой электроникой, или для целей наладки и проектирования — платы расширения функциональности (Extender Board) или внедрения ошибок (Fault Insertion Board). Общение между каналами обычно происходит по шине CAN или любой другой достаточно быстрой шине, такой как spacewire, 1394 и пр… Главный критерий — скорость передачи данных.
Общение же между модулями управления и периферии в авиации традиционно принято осуществлять через шину ARINC. В общем случае главный критерий — надёжность даже при больших расстояниях.
рис 7. Упрощённая схема типичной реализации системы управления
Так же используются непосредственно аналоговые и цифровые сигналы. Классической компоновкой является применение ADC \ DAC (аналого-цифровых и цифро-аналоговых конвертеров) внутри ACE для опроса датчиков и для командования приводами, а так же с использованием Resolver’ов для их чуткого управления. Использования дискретных сигналов — для синхронизации (в т.ч. от тактовых генераторов), пин-кодинга (определения положения и роли модуля) модулей. Модули, как правило, знают о состоянии друг друга и во многих случаях архитектура подразумевает «горячий» старт, когда резервный модуль подхватывает состояние главного и переходит в режим активного, заменяя прошлый главный модуль в течение пары секунд. ACE и PFC являются модулями LRU (Line Replaceable Unit), т. е. модулями линейной замены, что подразумевает собой возможность заменить один модуль (как плату расширения) на подобный без необходимости замены (модификации) всей связной системы. Схожая архитектура используется и для компоненов системы в отдельности, для таких система управления шасси, гидравликой, люками.
Принятие решения на основе совместной работы различных устройств — это сложный вопрос, на который нельзя ответить однозначно. Есть разные пути решения: синхронизация, решение методом среднего с использованием данных о состоянии (об ошибках), пути обнаружить неисправные модули и отключить их, сценарии работы. К примеру, при использовании трёх PFC при наличии двух одинаковых команд и одной отличной — отличная будет отбракована. При трёх разных — система будет отключена, как и при разных показания в системе, использующей только два PFC. Различных логик может быть много, как и включая алгоритмы работы при дублировании ЭДСУ механической системой управления. В последнем случае вероятность отказа возрастает, т. к. при сбое механической системы управления должна быть информирована ЭДСУ об отказе и среагировать на это переходом в аварийный режим.
рис 8. Схема парного исполнения ACE для электрогидравлической системы
Режимы работы.
В зависимости от окружающей обстановки система может функционировать в различных режимах. Типичными режимами являются:
рис 9. схема работы с четыремя PFC
Ещё раз про дублирование и защиту
Чтобы не вдаваться в технические подробности и конкретные реализации, кратко подытожу: каждая система дублируется. Так, помимо модулей управления, дублируются цепи питания (три и более), магнитные замки, датчики, сообщения от устройств, ручки управления. Каждая информация требует подтверждения. Так, для диагностирования ошибки в зависимости от её критичности требуется время для её подтверждения (чтобы не отключить систему раньше времени из-за помехи), обычно с разных устройств сразу. Даже в случае отказа или даже множественных отказов есть возможность осуществлять управление в альтернативном режиме. Это достигается путём использования различных аппаратных и программных средств. Так, для одного и того же устройства используются различные процессоры и схема платы для разных каналов. Например, для Control Channel — процессор от Motorola, а для Monitor – от Infineon, для другого LRU – от Texas Instruments и т.п… Используются различные компиляторы, пишется разный код. В идеале для разных PFC \ ACE должны быть так же разные программно-аппаратные решения, но в простом случае (это не всегда возможно и целесообразно как в техническом, так и финансовом плане) dissimilarity достигается различным пин-кодированием и различным расположением модулей в пространстве. Система в идеале защищена «от дураков». В первую очередь — от человеческого фактора. В последующие — от критических условий (режимов короткого замыкания, потери питания, высоких и низких температур), а так же от невозможного события по Мерфи. В коде это выливается, к примеру в пароноидальное программирование.
рис 10. четыре PFC разбиты на пары
Выводы
На этом, пожалуй, стоит завершить статью и эту тему в частности. В заключение хочу сказать, что какова бы ни была система, решения — сложные как у Boeing или простые, как на начинающем китайском авиопроме, системы развиваются в сторону удобства и безопасности. И каждый защищённый провод и бит — труд многих людей, зачастую энтузиастов, работающей в этой области, а так же вас, граждане пассажиры, которые своей любовью к нему и своей критикой к человеческому несовершенству делает эту жизнь лучше.