ГосНИИАС
О координаторе проекта
Итоги
Аналитика
Карта проекта
Русская версия
Домашняя страница
English version
Написать письмо
Роль и место бортового оборудования воздушных судов
на современном этапе развития авиации

Аналитика/ > 2014/ > Роль и место бортового оборудования воздушных судов.../ > Часть первая/

Этапы развития бортового оборудования

Бортовое оборудование — это совокупность приборов, систем и агрегатов, обеспечивающих:
  • управление летательным аппаратом, включая управление угловым положением ЛА и его траекторией при решении транспортных и боевых задач;
  • энергообеспечение ЛА;
  • обеспечение жизнедеятельности экипажа и пассажиров.
Оборудование, предназначенное для управления различными устройствами ЛА, а также обеспечивающее связь ЛА с системами организации воздушного движения и наблюдение за воздушной и наземной обстановкой носит название бортовое радиоэлектронное оборудование (БРЭО) или авионика. Оборудование, обеспечивающее энергоснабжение (гидравлические системы, системы электроснабжения), жизнедеятельность (системы кондиционирования), а также управление выпуском и уборкой шасси, торможением при посадке и прерванном старте называется общесамолетным оборудованием (ОСО).

Процесс развития авиации в значительной мере обусловлен развитием бортового оборудования.

Эволюция воздушных судов
Рис. 1.1. Эволюция воздушных судов за последние сто лет.
Рис. 1.1. Эволюция воздушных судов за последние сто лет.

В 1903 году был совершен первый управляемый полет на машине тяжелее воздуха. С тех пор авиация прошла путь от простейших летательных аппаратов, предназначенных исключительно для демонстрации возможности перемещения в воздушном пространстве, до специализированных многофункциональных воздушных судов, решающих задачи по перевозке пассажиров и грузов, боевые и специальные задачи.

В 1912 году в мире насчитывалось около 1 тысячи самолетов, а к 2012 году — около 28 тысяч самолетов.

Начальный период развития авиации был связан с решением проблем аэродинамики, конструктивных материалов и повышением мощности двигателя. В дальнейшем, особенно с переходом на реактивную тягу и сверхзвуковой полет, роль бортового оборудования значительно возросла. Авиация 21-го века ориентируется на революционные изменения в бортовом оборудовании. Это связано, прежде всего, с бурным развитием радиоэлектроники и новационных процессов в информационных системах. >>>
Рис. 1.2. Эволюция кабины экипажа за последние полвека и на перспективу.
Рис. 1.2. Эволюция кабины экипажа за последние полвека и на перспективу.
>>> Эволюция кабины

По мере развития авиации человеческий фактор стал оказывать все большее влияние на безопасность полета. Основой безопасности полетов является полная и своевременная информированность экипажа об условиях полета и состоянии самолета. Интерфейс между экипажем и сложным комплексом бортового оборудования определяет эволюцию информационно-управляющего поля кабины экипажа.

В XX веке: 1940-1970 гг. используются электромеханические индикаторы, в 1980 гг. появляются отдельные электронные индикаторы.

В XXI веке: начало 2000 гг. — электронная индикация («стеклянная» кабина), прогноз на 2020-2040 гг. — интегрированная электронная индикация с трехмерной (3D) синтезированной системой индикации «реальной» обстановки.

Эволюция бортового комплекса

Увеличение количества и сложности функций бортового оборудования явилось причиной перехода от отдельных приборов и устройств к комплексу бортового оборудования, основу которого составили бортовые вычислительные системы.

Переход от простейших аналоговых вычислителей к бортовым цифровым вычислительным системам открыл широкую дорогу к процессам интеграции бортового оборудования и функций управления, что, в свою очередь, обеспечило рост надежности комплекса, несмотря на рост сложности. При этом стоимость комплекса стабилизировалась. >>>
Рис. 1.3. Эволюция бортового комплекса — от отдельных приборов и устройств к архитектуре ИМА.
Рис. 1.3. Эволюция бортового комплекса — от отдельных приборов и устройств к архитектуре ИМА.
>>> Интегрированная модульная авионика (ИМА) позволила перенести все функции управления на уровень программного обеспечения. Это обеспечило аппаратное построение вычислительной системы в виде набора ограниченного числа стандартных модулей.

Использование операционных систем реального времени, в свою очередь, позволило построить программное обеспечение в виде отдельных функционально-программных модулей.

Модульность аппаратной и программной части — это ключ к унификации, стандартизации и, как следствие, снижению затрат в разработке и производстве.

Простейший контур управления летательным аппаратом представлял собой совокупность тяг и качалок, непосредственно передающих отклонение рычагов управления на управляющие поверхности летательного аппарата. Электромеханические приборы позволяли отслеживать пространственное положение самолета.
Рис. 1.4. Отсутствие бортового комплекса как такового и доминирующая роль человека в управлении ЛА на ранних этапах эволюции кабины экипажа.
Рис. 1.4. Отсутствие бортового комплекса как такового и доминирующая роль человека в управлении ЛА на ранних этапах эволюции кабины экипажа.

Частичная автоматизация пилотирования была достигнута путем введения простейшего автопилота, осуществлявшего стабилизацию высоты полета и улучшающего управляемость летательного аппарата.

Тем не менее, доминирующая роль человека в управлении сохранялась, управление по-прежнему велось по отдельным приборам, а бортовой комплекс на данном этапе еще не был сформирован. >>>
>>> Появление бортового комплекса связано с введением в контур управления специальной вычислительной машины, формирующей траекторию полета и позволяющей решать задачи управления ЛА на траектории (система самолетовождения — FMS).

Под БК стали понимать совокупность управляющей вычислительной машины, приборов и систем, объединенных единой целью управления ЛА.
Рис. 1.5. Возрастающая роль бортового комплекса в управлении ЛА при эволюции от централизованного аналогового БК к федеративному цифровому.
Рис. 1.5. Возрастающая роль бортового комплекса в управлении ЛА при эволюции от централизованного аналогового БК к федеративному цифровому.

Первые бортовые комплексы имели одну вычислительную машину и были построены по централизованному принципу на базе аналогового вычислителя.

В дальнейшем бортовой комплекс стал строиться по федеративному принципу, предполагающему наличие нескольких отдельных специализированных вычислителей. При этом каждая функция управления реализуется в отдельных блоках с единым индикационным полем кабины экипажа (EFIS).

Первые федеративные бортовые комплексы были гибридными, так как содержали как аналоговые, так и цифровые вычислители.

Впоследствии аналоговые вычислители были полностью заменены цифровыми с использованием интерфейса связи по стандарту A-429.

Имея большие вычислительные ресурсы, бортовой комплекс стал решать не только задачи управления и индикации, но и интеллектуальной поддержки экипажа (EICAS). При этом роль бортового комплекса в управлении стала доминирующей. >>>
Рис. 1.6. Нарастающие проблемы федеративного бортового комплекса при увеличении количества цифровых блоков.
Рис. 1.6. Нарастающие проблемы федеративного бортового комплекса при увеличении количества цифровых блоков.
>>> Эволюция федеративного бортового комплекса привела к тому, что количество цифровых блоков, устанавливаемых на борту летального аппарата, за 20 лет возросло в 5 раз.

При этом существенно усложнилось программное обеспечение вычислительных машин. Это привело к проблемам в разработке и отладке программного обеспечения.

Следующая группа проблем была связана с объединением различного оборудования в единый комплекс. «Электронный борт» каждого самолета стал представлять собой уникальный продукт, требующий сложных технологий системной интеграции.

Всякое наращивание управляющих функций требовало повторения процессов системной интеграции и сертификации системы в целом.

Следствием такой архитектуры стало существенное удорожание всего бортового оборудования, увеличение сроков разработки, уменьшение надежности комплекса, и, как следствие, снижение уровня безопасности полетов. >>>
Рис. 1.7. Зарубежный опыт проектирования БК за последние полвека.
Рис. 1.7. Зарубежный опыт проектирования БК за последние полвека.
>>> Зарубежный опыт проектирования БК

Анализ удельных временных затрат на проектирование ВС показал, что на разработку оборудования затрачивается около 60% времени, хотя в середине прошлого века этот показатель был на уровне 20-30%.

Как следствие, изменилась и структура затрат на программное обеспечение, которая стала составлять порядка 80% стоимости разработки бортового комплекса. Назрела необходимость революционного изменения архитектуры комплекса.

В качестве решения проблемы была выдвинута идея построения бортового комплекса на принципах интегрированной модульной авионики.

Часть вторая.

Поиск по проекту
Искать!
© 2019 Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем. Все права защищены. Условия использования информации.