Діагностика технічного стану пілотажно-навігаційного обладнання в динамічному режимі

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний авіаційний університет

УДК 629.735. 083.05 (042.3)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Діагностика технічного стану пілотажно-навігаційного обладнання в динамічному режимі

05.22.20 - Експлуатація та ремонт засобів транспорту

Лейва Каналес Максимо Ремигио

Київ 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі автоматизації та енергоменеджменту Національного авіаційного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Казак Василь Миколайович, професор кафедри автоматизації та енергоменеджменту Національний авіаційний університет.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Конахович Георгій Филимонович, завідувач кафедри телекомунікаційних систем Національний авіаційний університет;

доктор технічних наук, професор Доценко Борис Іванович, Вчений секретар Державне підприємство «Державне Київське конструкторське бюро «Луч».

Захист відбудеться «16» березня 2010 р. о 14 ⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.062.03 Національного авіаційного університету (03680, м. Київ, просп. Космонавта Комарова, 1).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного авіаційного університету за адресою: 03680, м. Київ, просп. Космонавта Комарова, 1.

Автореферат розіслано «12» лютого 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 26.062.03, д-р техн. наук, с.н.с., доц. Павлова С.В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Функціональні системи і комплекси сучасних повітряних кораблів (ПК) являють собою різноманітне за своєю фізичною природою і призначенням бортове обладнання (БО), яке нібито «вростає» у конструкцію планера. Це обладнання і оператори, що експлуатують та обслуговують його, утворюють цільові людино-машинні комплекси. Кожний з них розв'язує специфічні задачі, що належать до загальної мети функціонування системи «Екіпаж-БО-Літак-Середовище».

Як об'єкт експлуатації, БО вміщує в себе такі системи: систему літаководіння; систему управління польотом; систему управління тягою силової установки; систему попередження критичних ситуацій; систему повітряних сигналів; метеонавігаційну радіолокаційну станцію; бортову апаратуру радіотехнічних засобів навігації, посадки і зв'язку; інерційні системи навігації та ін. Ядром БО є пілотажно-навігаційне обладнання (ПНО). Такий склад і особливості БО магістральних літаків, як об'єктів експлуатації, висувають підвищені вимоги до характеристик ефективності її процесів. До найважливіших характеристик ефективності процесів експлуатації ПНО належать показники його готовності та справності.

У свою чергу характеристики готовності та справності безпосередньо пов'язані з показниками достовірності контролю і діагностики технічного стану ПНО. Особливу увагу привертають питання попередження виникнення пошкоджень і відказів систем БО.

Аналіз сучасного стану теорії, методів і методик контролю та діагностики показує, що відомі з практики методики та алгоритми відстають від рівня розвитку БО. До недоліків цих методів і алгоритмів можна віднести наступне:

? діагностичний контроль систем ПНО частіше за все проводиться у статичному режимі;

? не враховуються можливі особливі ситуації у польоті на будь-якому з його етапів;

? слабо враховується стохастичний характер польоту ПК, а також нестабільність параметрів самого ПК та його обладнання;

? оцінка показників технічних й ергономічних характеристик, що впливають на безпеку і регулярність польотів, носить суб'єктивний якісний характер, тощо.

У зв'язку з цим доцільним є пошук нових, більш ефективних методів і засобів діагностичного та прогнозуючого контролю технічного стану й якості функціонування систем і комплексів БО у всіх передбачених правилами льотної експлуатації ПК режимах навігації.

Тому розв'язання задач діагностування технічного стану ПНО магістральних літаків у динамічному режимі без демонтажу і зняття з ПК набуває великого теоретичного і практичного інтересу. У дисертаційній роботі, що присвячена даній тематиці, розв'язується актуальна прикладна задача обґрунтування і розробки методу діагностування систем ПНО в динамічному режимі та структури діагностичного комплексу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Ця робота є складовою частиною досліджень, що проводяться в Національному авіаційному університеті та спрямовані на подальше удосконалення методів і засобів діагностики технічного стану та якості функціонування систем ПНО у всіх режимах, що передбачені правилами льотної експлуатації магістральних літаків, а також відповідно до Державної програми розвитку авіаційного транспорту України на період до 2010 року, що розроблена згідно з Указом Президента України від 18 жовтня 2000 року, № 1113/2000.

Дисертаційна робота виконувалась у рамках таких держбюджетних науково-дослідних робіт:

? № 501ДБ08 «Теорія, методи та методики діагностики аеродинамічного стану зовнішнього обводу літального апарата у польоті» номер державної реєстрації 0108U004065;

? № 8/07.01.04 «Сучасні концепції підвищення ефективності електроенергетичних комплексів та процесу їх автоматизації на транспорті».

Мета та завдання дослідження. Метою дослідження є розроблення методу діагностування технічного стану ПНО магістральних літаків у динамічному режимі та структури діагностичного комплексу, що його реалізує. В основу цього методу покладено комплексування великої вибірки результатів математичного і напівнатурного моделювання з результатами обмеженої кількості льотних випробувань, а також системний підхід до планування, проведення та оброблення цих результатів. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

? провести аналіз впливу експлуатаційних факторів на критерії якості ПНО магістрального літака;

? виконати аналіз сучасних методів та засобів технічної діагностики ПНО і на його основі розробити метод комплексної оцінки технічного стану систем ПНО та обгрунтувати структуру діагностичного комплексу, що його реалізує;

? обґрунтувати вимоги і розробити сукупність моделей для імітації вхідних впливів на діагностичний комплекс, оцінити їх достовірність;

? обґрунтувати вимоги і розробити методику оцінки критерію ефективності комплексного застосування ПНО та достовірності його діагностичного контролю; розробити методику перевірки адекватності діагностичних параметрів ПНО його реальному стану.

Об'єктом дослідження є процес діагностування технічного стану ПНО.

Предметом дослідження є методи і засоби діагностики технічного стану ПНО в динамічному режимі на землі.

Методи дослідження. Теоретичною і методичною основою дослідження є методи теорії вимірювань, технічної діагностики та надійності; теорії керованого польоту, експлуатації ПК та їх обладнання; методи теорії ймовірностей і математичної статистики.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в розробці нового методу діагностики технічного стану ПНО в динамічному режимі, що забезпечує мінімізацію частки льотних випробувань при заданому рівні достовірності діагностування і безпеки польоту; розроблено і синтезовано нову структуру діагностичного комплексу (ДК) та алгоритми діагностування, що забепзпечують комплексне оцінювання технічного стану систем ПНО на всіх функціональних режимах без демонтажу обладнання з ПК; запропоновано новий метод і розроблено методику комплексної оцінки характеристик ефективності комплексного застосування ПНО з урахуванням його технічного стану.

Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному:

- розроблено новий метод і методика комплексного оцінювання технічного стану систем ПНО магістральних літаків у динамічному режимі без демонтажу обладнання з ПК, що дозволяє знизити витрати на льотні випробування літаків та економити паливо;

- розроблено нову структуру діагностичного комплексу та алгоритми діагностування, що забезпечують підвищення достовірності діагностування технічного стану систем ПНО у всіх функціональних режимах.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи одержані автором особисто. В опублікованих роботах у співавторстві здобувачеві належить: [1] - обґрунтовано і розроблено статистичну модель систем управління польотом (СУП); [2] - розроблено методику визначення характеристик експлуатаційної надійності; [4] - розроблено моделі похибок в оцінках балансувань сигналів і кутових похибок орієнтації тригранника, що моделюється; [5] - доопрацьовано відому модель динаміки польоту ПК у частині симетричного його обтікання, повітряної швидкості, кутів атаки і ковзання; [6] - розроблено модель розміщення інформаційних датчиків ушкодження зовнішніх обводів ПК, обґрунтовано місця їх розміщення та кількісний склад.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідалися на: Міжнародному симпозіумі «Екологія, авіація, техносфера - погляд у тисячоліття» (м. Рига, 1996 р.); МНТК «Теорія і практика імітаційного моделювання та створення тренажерів» (м. Пенза, 1999 р.); МНТК «Сучасні інформаційні технології на транспорті» (м. Херсон, 2009 р.).

Публікації. Основні положення дисертації, методики, результати досліджень, висновки та рекомендації опубліковано у 10 друкованих працях: 8 з них у збірниках наукових праць та журналів, включених до переліку ВАК України; 2 - у закордонних журналах, збірниках праць і матеріалах конференцій.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел, який налічує 122 найменування на 12 сторінках та 2 додатка. Загальний обсяг дисертації 168 сторінок, з яких 142 сторінки основного тексту містить 18 рисунків і 4 таблиці.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми, яка вирішується в дисертації, сформульована мета дисертаційної роботи, визначені її наукова новизна і практична цінність.

У першому розділі проведено аналіз впливу зовнішніх факторів і внутрішніх процесів на експлуатаційні характеристики ПНО, зроблено висновок, що основний вплив на зміну аеродинамічних, льотно-технічних та електричних характеристик ПК і його систем чинять старіння, механічні та електричні режими, природно-кліматичні умови і діяльність льотно-технічного складу. Несправності надійнісного характеру, а також обумовлені природно-кліматичними умовами становлять до 25 % від загальної кількості ушкоджень і відказів. Діяльність льотно-технічного складу є причиною
75-80 % аварій і катастроф.

Розглянуто ПНО сучасних ПК, як об'єкта діагностування, який є складним комплексом, що складається з великої кількості взаємопов'язаних і взаємодіючих систем різноманітного функціонального призначення. Зроблено висновок, що під час керування польотом літака з використанням ПНО, важливе значення для забезпечення безпеки мають такі показники: якості керування, які є кількісними величинами параметрів режимів польоту й положення ПК у просторі у несталому польоті; точності керування - кількісні статистичні величини, що визначають можливе розкидання параметрів режимів польоту та положення ПК, що зумовлені випадковими і систематичними помилками, а також дією вище наведених збурюючих факторів; надійності - ймовірнісні кількісні величини, які визначають справну роботу систем ПНО, що забезпечується надійністю елементної бази, а також повнотою контролю і діагностування у динамічному режимі; відмовобезпеки - ймовірність невиходу параметрів режимів польоту і положення літака за експлуатаційні обмеження, які обумовлюються наслідками виникнення пошкоджень і відказів; ергономічних характеристик - час сприйняття, час прийняття рішення, точності і час зчитування інформації.

Отже, загальна оцінка технічного стану ПНО можлива лише як інтегральна оцінка властивостей цієї системи у сукупності зі всіма іншими взаємопов'язаними системами. На основі аналізу сучасних методів і засобів діагностування зроблено висновок, що вони не задовольняють повною мірою вимоги, тому доцільним є створення методів та діагностичних комплексів, які б на основі комплексування великої вибірки результатів математичного і напівнатурного моделювання з результатами обмеженої кількості льотних випробувань, дали можливість оцінювати та прогнозувати технічний стан систем ПНО у динамічному режимі. Для підвищення характеристик ефективності застосування ПНО у дисертації запропоновано новий метод діагностування технічного стану обладнання в наземних умовах у динамічному режимі без демонтажу апаратури з ПК, а для його реалізації запропоновано нову структуру діагностичного комплексу та алгоритми діагностування, що забезечують підвищення достовірності діагностування технічного стану ПНО у всіх функціональних комплексах.

Другий розділ присвячено розробці методу комплексної оцінки технічного стану елементів ПНО магістрального літака. На основі аналізу методів і засобів технічної діагностики БО серійних ПК і таких, що розробляються, показано, що відомі методи пошуку відказів систем ПНО мають істотні недоліки: метод послідовного функціонального аналізу - діагностичний контроль полягає в тому, щоб оцінити параметри, від яких залежать основні функції системи. Програма пошуку елемента, що відказав, проста, але потребує значних часових і економічних витрат. Метод половинного розбивання істотно скорочує час пошуку відказу, але, навіть для систем з рівноймовірнісними станами, потрібні чисельні розрахунки, а для систем з різноймовірними станами подібні розрахунки ще складніші, зокрема цей метод розроблено для схем з послідовним з'єднанням елементів; метод «час-імовірність» використовується для діагностики систем з довільним з'єднанням елементів (вузлів) системи, але як і попередні методи потребує багато часу на попередні розрахунки; метод Сіндєєва (за інформаційним критерієм) можна використовувати для будь-яких схем та з'єднань елементів, але він потребує ще більшої попередньої підготовки: складання матриці несправностей, стани схем та їх елементів повинні бути рівноймовірними, потребує розрахунку ентропії системи; інші методи: метод гілок і меж, інженерний спосіб та інші теж малопридатні для організації діагностування систем ПНО, тим більше у динамічному режимі.

Крім того, всі наведені методи не враховують поступових відказів і малопридатні для прогнозування стану функціональних елементів і систем на майбутній час експлуатації. Отже, для підтримки технічного стану ПНО на визначеному рівні доцільно застосовувати комплексування великої вибірки результатів математичного та напівнатурного моделювання з результатами обмеженої вибірки льотних випробувань цього обладнання. Для комплексної обробки отриманих результатів, прогнозування та прийняття рішення про технічний стан ПНО натепер і на інтервал прогнозування розроблено алгоритм прийняття рішення. пілотажний навігаційний літак

Основними компонентами комплексної методики оцінювання є:

- використання всієї інформації, отриманої під час експерименту і застосування методів комплексної обробки надлишкової інформації;

- використання методів перевірки статистичних гіпотез;

- оцінювання адекватності ідентифікованих моделей та збіжності результатів математичного і напівнатурного моделювання з результатами разових льотних експериментів.

Особливістю розробленої методики, що відрізняє її від типових варіантів, є високий рівень інтеграції її компонентів та охоплення фактично повного життєвого циклу ПНО від початку розробки і до кінця експлуатації, тобто до утилізації. Розроблено методику і алгоритм застосування діагностичного комплексу для оцінювання технічного стану ПНО. Запропонована інтегральна методика забезпечує отримання висновків на трьох рівнях. Кожний наступний рівень наближує оператора до загального висновку про відповідність літаків, обладнаних цифровим ПНО, вимогам до встановлених навігаційних характеристик, що визначені ICAO. Перший рівень - це так звані швидкі висновки, які дають змогу зробити висновок про працездатність систем ПНО. На другому рівні отримуються висновки про умовні характеристики ПНО, а на третьому рівні - висновки про безумовні характеристики обладнання.

Розроблено режими і алгоритми діагностування ПНО, сформульовано низку загальних положень щодо співвідношення складових похибок моделювання і обробки результатів. Задачу збіжності результатів розв'язано через визначення несуперечливості і ступеня близькості результатів розрахунку і моделювання до результатів льотних випробувань.

Задача оцінки збіжності вирішується за допомогою методів теорії оцінювання та статистичної перевірки гіпотез за алгоритмом:

1. Обчислюється прийнятні і бракуючі числа і , й будуються графіки функцій

2. Після проведення кожного дослідження розраховується евклідова метрика

3. Перевіряються умови прийняття гіпотез:

- якщо перевірка продовжується;

- якщо , то характеристика ПНО визнається відповідною щодо заданої в ТЗ і її перевірка завершується;

- якщо , то характеристика ПНО визнається не відповідною щодо заданої в ТЗ і комплекс повертається на доопрацювання.

Для визначення верхніх і нижніх меж застосовано метод Вальда, обґрунтовано кількість вимірів вибірки, необхідних для забезпечення точнісних характеристик безпеки. Оцінено збіжність, яку розраховано за кінцевими критеріями (морських милі з ).

Третій розділ присвячено розробці структури діагностичного комплексу. Відповідно до сформульованих завдань розроблено вимоги до ДК. Ці вимоги, аналіз характеристик і функціональних зв'язків між системами ПНО, а також з виконавчими органами керування сучасними літаками та їх технічної реалізації дали змогу розробити структуру ДК.

Виходячи із завдань і вимог до ДК, можна розробити два варіанта структурних схем моделювання замкненого контуру «Літак-ПНО-Літак»:

- перший варіант передбачає включення до складу ДК реальної (або фізичних імітаторів) автоматичної системи штурвального управління (АСШУ). Застосування такої побудови дає додаткову можливість використання ДК для ергономічних досліджень, а також застосування ДК як тренажера. Недолік такого варіанта - значна складність імітації завантаження органів керування (штурвал, педалі) залежно від умов польоту і його швидкості;

- другий варіант передбачає математичне моделювання АСШУ. При цьому втрачається можливість ергономічної оцінки штурвального управління, однак зберігається можливість оцінки контуру автоматичного керування.

У роботі обрано другий варіант. Для забезпечення нормального функціонування ДК у роботі, крім розроблених вимог і його структури, обґрунтовано і розроблено моделі його програмного забезпечення. Базовий режим імітації польоту в ДК - автоматичний за сигналами, що виробляються СУП.

Розроблено модель силової установки ПК, яка забезпечує імітацію її тяги і залишку палива . Сигнали, що характеризують ці параметри, подаються на вхід моделі динаміки руху ПК. Наведені програмні оберти , що потрібні для розрахунку тяги. З урахуванням поточних значень М і Н обчислюються поточна та програмна тяги в і-му циклі обчислень:

Для моделювання просторового положення ПК розроблено модель кінематики його руху. У цій моделі зручно визначати складові векторів лінійних прискорень та кутових швидкостей у системі координат (СК), зручних для імітації роботи БІНС. Координати і курс ПК у моделі кінематики отримано за допомогою направляючих косинусів радіуса-вектора поточного його місцеположення. На противагу традиційному широтно-довготному численню, яке не дає змоги моделювати польоти через полюс Землі, обраний у роботі метод інтегрування в моделі кінематики направляючих косинусів забезпечує глобальне моделювання польотів. У моделі кінематики визначаються широта В, довгота L та істинний курс (ІК).

Блок моделей повітряних параметрів ДК відносно до таких, що застосовуються в обчисленнях та тренажерах, у дисертації дещо ускладнено: реалізується принцип ускладненого обчислення «збурених» параметрів атмосфери.

Модель системи повітряних сигналів обрано за класичною моделлю, її вихідні параметри подаються на блоки систем СУП.

Запропонована модель БІНС, на відміну від відомого принципу моделювання «по входу», забезпечує більш точну імітацію вихідних похибок, оскільки заснована на розв'язанні диференціальних рівнянь динаміки системи. Збурюючими функціями в цих рівняннях є інструментальні похибки (перешкоди системи). Модель цих похибок визначається статистичними характеристиками похибок реальних датчиків кутових швидкостей (ДКШ) та акселерометрів. Ураховуючи специфіку задач ДК, принцип моделювання рівнянь збуреної роботи використовується лише для найбільш важливих у навігаційному відношенні параметрів. Для частин «менш важливих» у навігаційному відношенні, параметрів обране, як найбільш економічне, спрощене моделювання, при якому оцінки параметрів, які отримуються в БІНС, беруться рівними істинним значенням.

Для моделювання керованого руху ПК по злітно-посадковій смузі (ЗПС) (керування від систем ПНО) розроблено нову математичну модель. При імітаційному моделюванні руху ПК на наземних етапах зльоту і посадки постає завдання математичного моделювання механізму виникнення сил реакції шасі при русі літака по ЗПС. Залежно від прийнятих припущень цей опис може мати різну форму складності. У дисертації розглянуто принципи моделювання основних фізичних процесів, протікання яких формує реакції шасі. Крім того, розроблено методику проектування всіх складових сил реакції на зв'язані з літаком осі координат.

Розроблено методику оцінювання достовірності сукупності моделей ДК. Перевірка достовірності за запропонованою методикою може бути реалізована тільки у разі наявності достатнього обсягу даних математичного і напівнатурного моделювання, а також натурних (льотних) випробувань, особливо в частині вхідних впливів. Цим забезпечується надлишковість вимірювальної інформації. У роботі модифіковано алгоритм контролю стосовно задачі ДК. Квантиль розподілення Неймана-Пірсона з двома степенями вільності порядку дорівнює 30,193, для . Таким чином, поріг .

Четвертий розділ присвячено розробці методики комплексного оцінювання характеристик експлуатаційної ефективності ПНО. Розроблено вимоги до якості процесу навігації та ефективності комплексного застосування ПНО. Показано, що вирішення питань забезпечення безпеки польотів у сполученні з підвищенням безпеки польотів за рахунок реалізації нових функціональних задач шляхом простого нарощування складу обладнання призводить до підвищення навантаження на екіпаж за рахунок видачі все більшого обсягу інформації. Наведено вимоги за концепцією до параметрів, що характеризують бокове відхилення Z від заданої або обраної лінії шляху (ЛШ) та точність визначення місця поточного знаходження вздовж цієї лінії на основі відповідного рівня утримання. Обґрунтовано висновок, що в умовах нештатної ситуації точність навігації буде знижуватись унаслідок трьох основних причин: зниження експлуатаційної надійності ПНО через дію зовнішніх факторів та внутрішніх процесів; з-за похибок навігаційного обладнання; погіршення техніки пілотування, зумовленого психофізіологічним станом екіпажу. Проаналізовано результати моделювання на ДК роботи ПНО у замкненому контурі «ПНО-літак-середовище».

Для перевірки адекватності розроблених моделей виконано математичне і напівнатурне моделювання на ДК систем ПНО у замкненому контурі. Як критерій адекватності у першому наближенні розглянуто:

- збіжність моделі при простому вигляді збурень;

- влучення кількісних показників у задані межі.

Зроблено висновок, що ДК дає змогу з достатньою для заданих умов експлуатації достовірністю оцінювати технічний стан систем ПНО без урахування їх надійнісних характеристик.

Розроблено методику перевірки адекватності динамічних характеристик ПНО його реальному стану. Під час дослідження на ДК автоматичної посадки ПК нормувались вимоги до точнісних характеристик системи за відхиленням: від розрахункової точки приземлення; від заданої вертикальної швидкості; кута тангажу від заданого значення. Крім цих вимог перевірялись допускові вимоги для граничних експлуатаційних умов. Показано, що розповсюджений у практиці інтегральний критерій перевірки адекватності.

Крім того, математичні моделі ПНО магістральних літаків (ІЛ-96-300) являють собою нелінійні диференціальні рівняння високого порядку, що не дає змоги виконувати аналітичний розрахунок моментів і їх вихідних характеристик. Статистична модель (розподіли Стьюдента, Хотеллінга, Фішера) задля перевірки адекватності результатів моделювання на діагностичному комплексі результатам, що отримані в разовому льотному експерименті, також мало придатна через надмірну складність. У дисертації для цих цілей обрано такий підхід: як математичні сподівання обирається номінальне значення, а середньоквадратичне відхилення виражається в частках від номінального значення, що дає можливість використовувати вирішальні правила.

Розроблено методику комплексної оцінки характеристик експлуатаційної ефективності ПНО, яка складається з двох алгоритмів: методики визначення характеристик експлуатаційної надійності ПНО; методики комплексної оцінки ефективності застосування ПНО з урахуванням його експлуатаційної надійності. Випадковий процес зниження характеристик експлуатаційної надійності систем ПНО розглянуто на прикладі СУП як головної його складової. Процес, що протікає в системі, полягає в тому, що у послідовні моменти часу система або переходить із даного стану в деякий інший з можливих, або залишається у попередньому стані.

З урахуванням вимог ICAO до безвідмовності навігаційного обладнання з достовірністю отримуємо матрицю (16). Отже, імовірність того, що СУП на даний момент є справною і залишається у такому стані після контролю ; імовірність того, що система після контролю через деякий час , виявиться справною ; імовірність того, що СУП після контролю у момент виявиться справною , імовірність справного стану на момент , . У роботі розраховані імовірності інших станів після контролю на ДК через наведені моменти часу.

Комплексна оцінка ефективності застосування ПНО з урахуванням його експлуатаційної надійності виконувалась у межах вимог (ДОС 9613-А №1937). Для цього розроблено нову методику. Побудовано прямокутник (область Д) з розмірами та , у системі координат, що пов'язана з потрібною з погляду безпеки польоту траєкторією. За припущенням, що випадкових помилок у виборі навігаційного режиму і в оцінці підготовленості екіпажу немає, то розміри зони Д та її положення відносно вказаної траєкторії залишаються незмінними вздовж усієї траєкторії польоту. У реальному випадку розсіювання точок можливого реального положення ПК відносно потрібної траєкторії ( та ) з урахуванням наведених припущень визначається похибками ПНО, похибками обчислень та технічним станом. У цьому випадку будується нова область В, розміри якої та відрізняються у загальному випадку від розмірів області Д (опорної). Розраховано ймовірності відхилення в процесі польоту у реальних умовах області В від опорної області Д за методикою Грішина. З урахуванням надійності систем ПНО одержано:

– відхилення по висоті польоту ; ; ;

– бокове відхилення ; ; .

Отже, за результатами, що одержані у дисертаційних дослідженнях можна зробити висновок про доцільність використання розробленого методу діагностування ПНО в динамічному режимі та діагностичного комплексу для підвищення показників регулярності та безпеки польотів ПК, особливо у відриві від базового аеропорту.

Висновки

У дисертаційній роботі розв'язано актуальну наукову задачу діагностики технічного стану пілотажно-навігаційного обладнання в динамічному режимі для забезпечення заданого рівня якості процесу навігації і ефективності комплексного застосування пілотажно-навігаційного обладнання магістрального літака.

Проведені дослідження дають змогу зробити такі висновки:

1. На основі аналізу методів контролю і діагностики технічного стану систем пілотажно-навігаційного обладнання ПК установлено, що сучасні методи та засоби вбудованого, наземного і наземно-бортового контролю забезпечують діагностичну оцінку стану систем або в статичних режимах контролю, або в динамічному з подальшою розшифровкою в наземних умовах. Зроблено висновок, що для забезпечення діагностики систем ПНО в динамічному режимі, без демонтажу та зняття обладнання з ПК, необхідна розробка методу діагностування та діагностичного комплексу нового покоління, що дає змогу шляхом комплексування великої вибірки результатів математичного і напівнатурного моделювання з обмеженою вибіркою льотних випробувань обладнання, оцінити з високою достовірністю його технічний стан, забезпечуючи таким чином високу ефективність комплексного застосування ПНО.

2. Запропоновано та розроблено новий метод та методику його технічної реалізації для діагностування стану ПНО в динамічному режимі без демонтажу обладнання. Показано, що тільки методом комплексування результатів математичного і напівнатурного моделювання з результатами обмеженої вибірки льотних випробувань ПНО можна досягти необхідної (0,9) достовірності контролю його технічного стану.

3. Запропоновано, розроблено і синтезовано нові структури і алгоритми діагностичного комплексу, що забезпечує діагностування систем ПНО в різних режимах роботи в замкнутому контурі управління на всіх етапах польоту ПК.

4. Допрацьовано математичну модель динаміки польоту ПК та розроблено нову модель шасі, що забезпечує заданий рівень точності імітації експлуатаційних режимів систем ПНО на всіх етапах польоту, включаючи рух літака по ЗПС під час руління, розбігу та пробігу.

5. Розроблено методику перевірки адекватності динамічних характеристик систем ПНО його реальному стану. За цією методикою оцінено розбіжності для реальної СУП пілотажно-навігаційного обладнання літака ІЛ-96-300, яка не перевищує 2,9 %.

6. Розроблено методику оцінювання експлуатаційної надійності систем ПНО в просторі станів з урахуванням імовірності переходу системи із одного стану в інший. Отримано такі результати оцінювання надійності СУП ПНО літака ІЛ-96-300 за запропонованою методикою:

1) експлуатаційна надійність СУП з погляду тривалого наробітку достатньо висока ;

2) повний відказ СУП після наробітку більш імовірний після виходу з ладу ще одного блоку СУП у ході його попередньої експлуатації з одним блоком, що відказав (перехід з стану в стан ), ;

3) одночасний відказ двох блоків СУП може виникнути з імовірністю .

7. Отримані результати спрямовані на скорочення кількості льотних випробувань систем ПНО, необхідних для підвищення достовірності контролю стану обладнання на всіх стадіях його життєвого циклу і, як наслідок, на підвищення якості процесу навігації і критеріїв ефективності комплексного застосування ПНО.

8. Запропоновано, розроблено і реалізовано метод комплексного оцінювання ефективності застосування систем ПНО з урахуванням їх експлуатаційної надійності. Показано, що ймовірності стабілізації ПК на заданих курсі та висоті польоту в процесі тривалої експлуатації без періодичної діагностики систем ПНО на ДК у динамічному режимі становлять:

- стабілізація по висоті;

- стабілізація по курсу .

У процесі виконання періодичного діагностичного контролю ці параметри будуть такі:

Підвищення показників ефективності застосування ПНО в середньому на 25 % пояснюється тим, що вбудовані системи контролю не враховують поступові зміни характеристик функціональних елементів обладнання, що виникають під дією деградуючих зовнішніх факторів і внутрішніх процесів, зокрема такий контроль не враховує будь-яке розрегулювання в схемах.

Список опублікованих праць

Лейва Каналес М.Р. Методика проверки адекватности динамических характеристик пилотажно-навигационного оборудования его реальному состоянию / М.Р. Лейва Каналес, В.М. Казак // Вісник Інженерної академії України. - 2009. - №3. - С. 24?27.

Лейва Каналес М.Р. Методика определения характеристик эксплуатационной надежности пилотажно-навигационного оборудования магистрального самолета / М.Р. Лейва Каналес, В.М. Казак // Проблеми інформатизації та управління. - 2009. -№. 4(28). - С. 72?76.

Лейва Каналес М.Р. Требования к качеству процесса навигации и эффективности комплексного применения пилотажно-навигационного оборудования / М.Р. Лейва Каналес// Вісник Інженерної академії України. - 2009. - №4. - С. 28?30.

Лейва Каналес М.Р. Модель динамических характеристик бесплатформенной инерциальной системы / М.Р. Лейва Каналес, В.Н. Казак, Е.Ю. Яковицкая // Проблеми інформатизації та управління. - К., 2008. - №2(24). - С.107?110.

Лейва Каналес М.Р. Моделирование динамики полета магистрального самолета на исследовательском стенде / М.Р. Лейва Каналес, В.Н. Казак, Е.Ю. Яковицкая. // Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. - Херсон, 2009. - №1(23). - С.38?44.

Лейва Каналес М.Р. Использование интеллектуальных технологий для диагностирования технического состояния внешенего обвода крыла самолета в полете / М.Р. Лейва Каналес, В.Н. Казак, Д.О. Шевчук // Вісник центрального наукового центру ТАУ. - К., 2009. - Вип.12. - С.93?95.

Лейва Каналес М.Р. Оптимізація траєкторії зниження літака у поздовжньому русі / М.Р. Лейва Каналес, В.М. Казак, Т.В. Будзинська, // Матеріали міжнар. науково-практичної конференції [«Сучасні інформаційні та інноваційні технології на транспорті»] (Херсон, 25-27 травня 2009 р.). - 2009. - Т.1. - С.5?8.

Лейва Каналес М.Р. Разработка алгоритма диагностирования аэродинамического состояния внешних обводов ЛА в полете/ М.Р. Лейва Каналес, В.М. Казак, Д.О. Шевчук // IX Мiжнародна науково-технiчна конференцiя «Авiа-2009» (Київ, 21-23 вересня 2009р.). - К.: НАУ, 2009. - С.16.51?16.54.

Лейва Каналес М.Р. Моделирование динамики полета магистрального самолета для целей отработки и сертификации ВСУП / М.Р. Лейва Каналес // Материалы научного симпозиума «Экология, авиация, техносфера - взгляд в третье тысячелетие». - Рига, 1996. - С. 99.

Лейва Каналес М.Р. Применение моделирующих стендов в задачах оценки характеристик систем управления полетом / М.Р. Лейва Каналес, А.Д. Трояновский, Е.А. Оборин // Материалы Международной научно-технической конференции [«Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров»]. - Пенза, 1999. - С. 100.

Аннотация

Лейва Каналес Максимо Ремигио. Диагностика технического состояния пилотажно-навигационного оборудования в динамическом режиме. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 - Эксплуатация и ремонт средств транспорта. - Национальный авиационный университет, г. Киев, 2010.

Диссертационная работа посвящена обеспечению заданного уровня качества процесса навигации и эффективности комплексного применения пилотажно-навигационного оборудования магистральных самолетов. Как объект эксплуатации ПНО представляет собой сложный информационно-управляющий комплекс составных систем, подверженных воздействию деградирующих внешних факторов и внутренних процессов, а также обслуживающего и летного персонала. Для предупреждения снижения в процессе эксплуатации качества и эффективности функционирования комплекса необходим постоянный диагностический контроль в условиях, близких к реальным.

Для решения этой прикладной задачи в диссертации разработан метод диагностики технического состояния ПНО магистральных самолетов в динамическом режиме без демонтажа и снятия оборудования с ВС, а также структура диагностического комплекса, реализующего его. В основу этого комплекса положено комплексирование большой выборки результатов математического и полунатурного моделирования с результатами ограниченной выборки летных испытаний оборудования.

Модернизирована математическая модель динамики полета магистрального самолета и разработана новая математическая модель реакции шасси, обеспечивающая заданный уровень точности имитации входных эксплуатационных режимов систем ПНО на всех этапах полета, включая движение ВС по ВПП при рулении, разбеге и пробеге. Разработана методика проверки адекватности характеристик систем ПНО их реальному состоянию.

Разработана методика комплексной оценки характеристик эксплуатационной эффективности. Для этого разработаны требования к качеству процесса навигации и эффективности комплексного применения ПНО, методика определения характеристик эксплуатационной надежности комплекса и методика комплексной оценки, эффективности его применения с учетом эксплуатационной надежности.

Ключевые слова: пилотажно-навигационное оборудование, комплексная оценка эффективности, эксплуатационная надежность, моделирование, диагностический комплекс.

Анотація

Лейва Каналес Максимо Ремигио. Діагностика технічного стану пілотажно-навігаційного обладнання в динамічному режимі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.20 ? експлуатація та ремонт засобів транспорту. ? Національний авіаційний університет, м. Київ, 2010.

Дисертаційну роботу присвячено забезпеченню заданого рівня якості процесу навігації і ефективності комплексного застосування пілотажно-навігаційного обладнання магістральних літаків.

Для розв'язання цієї прикладної задачі в дисертації розроблено метод діагностики технічного стану ПНО магістральних літаків у динамічному режимі без демонтажу і зняття обладнання з ПК, а також структуру діагностичного комплексу для його реалізації. В основу методу покладено комплексування великої вибірки результатів математичного та напівнатурного моделювання з результатами обмеженої вибірки льотних випробувань обладнання.

Модернізовано математичну модель динаміки польоту магістрального літака і розроблено нову математичну модель реакції шасі, що забезпечує заданий рівень точності імітації вхідних експлуатаційних режимів систем ПНО на всіх етапах польоту, враховуючи рух ПК по ЗПС під час руління, розбігу та пробігу. Розроблено методику перевірки адекватності характеристик систем ПНО їх реальному стану. Розроблено методику комплексної оцінки характеристик експлуатаційної ефективності.

Ключові слова: пілотажно-навігаційне обладнання, комплексна оцінка ефективності, експлуатаційна надійність, моделювання, діагностичний комплекс.

Abstract

Leyva Canales Maximo Remigio. Diagnostics of technical condition of the flight and navigation equipment in the dynamic mode. - Manuscript.

Thesis for a Ph.D. degree in technical sciences of specialty 05.22.20 - maintenance and repair of vehicles. - National Aviation University, Kiev, 2010.

The thesis is devoted to providing a given level of quality of the process of navigating and efficiency the combined use of flight and navigation equipment of long-haul aircraft.

To solve this problem suggests a method for diagnosing the technical state of flight and navigation equipment long-haul aircraft in the dynamic mode without dismantling and removing equipment from the aircraft, which is based on complexing of large sample results of the mathematical mod and simulation results with limited sample of equipment's flight tests. .Also in thesis is developed the structure of a diagnostic complex for this method.

Modernized mathematical model of the flight dynamics of the long-haul aircraft, and a new mathematical model of the chassis, providing a specified level of accuracy of simulation input operational modes of flight and navigation equipment at all stages of flight, including movement on the runway, at taxiing and take-off and landing runs. The method for testing the adequacy of system performance of flight and navigation equipment their real condition and the method for comprehensive assessment of the characteristics of operational efficiency.

Keywords: flight and navigation equipment, integrated assessment of the efficiency, operational reliability, simulation, diagnostic complex.

Размещено на Allbest.ru

...