Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование технологии создания перспективной комбинированной системы пожарной сигнализации для авиалайнеров следующего поколения

Номер контракта: 14.578.21.0111

Руководитель: Булат Павел Викторович

Должность: профессор

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
авиационная пожарная сигнализация, извещатели о пожаре, датчик дыма, ультрафиолетовый датчик возгорания, ультрафиолетовый извещатель о пожаре, авиационные стандарты, лидары, детекторы газов сканирующего типа, эффект тиндаля, эффект рассеивания света в частицах дыма.

Цель проекта:
Получение значимых научных результатов, позволяющих переходить к созданию нового вида авиационной системы пожарной сигнализации, обеспечивающей исключение большинства ложных срабатываний, более высокое быстродействие, возможность предсказания возникновения пожара; Снижение критической зависимости от импорта авиационных приборов и систем путем импортозамещения элементов авиационных систем пожарной сигнализации отечественными, отвечающими современным авиационным стандартам (DO/KT-254,ARP4754A, DO-160G, DO-178C); Существенное повышение пожарной безопасности перспективных российских пассажирских самолетов за счет вывода на рынок отечественной авиационной системы пожарной сигнализации, отвечающей современным авиационным стандартам (DO/KT-254,ARP4754A, DO-160G, DO-178C). В проекте предлагается новый комплексный подход решения проблемы авиационной пожарной сигнализации, позволяющий преодолеть основной недостаток существующих подходов - большое количество ложных срабатываний, в частности, из-за запыления или загрязнения воздуха. Поставлена новая научно-техническая задача - исследование концепции комбинированной многоспектральной оптико-электронной системы 6G из G20 предупреждения ложных срабатываний противопожарных датчиков. Предполагается, что количество ложных срабатываний уменьшится по крайней мере на порядок.

Основные планируемые результаты проекта:
Математические модели (программные) модели. Методики расчета.
Математическая модель, обеспечивающая селекцию дыма на фоне других примесей в воздухе, например, пыли.
Математическая модель многоспектральной лазерной локации, обеспечивающая селекцию дыма и продуктов горения на фоне других примесей в воздухе.
Методика численного расчета рассеивания лазерного излучения на твердых и жидких частицах с учетом их возможного плавления и испарения. Проведение расчетных исследований интерференции лазерного излучения на частицах пыли и жидкости.
Результаты численного и экспериментального исследования: методики стендовых исследовательских испытаний экспериментального образца датчика-сигнализатора обнаружения дыма/перегрева для багажно-грузовых отсеков, а также туалетов самолетов.
Программно-аппаратный комплекс реального времени по разработке, отладке, верификации и валидации программного обеспечения, обеспечивающий требования авиационных стандартов ARP4754A, DO/КТ 178С. Планируется свидетельство на программный продукт. Программная документация, выполненная в соответствии с требованиями авиационных стандартов ARP4754A, DO/КТ 178С.

Проект технического задания на ОКР по системе нового поколения защиты воздушного судна от пожара.
Технический облик и разработанное ТЗ на ОКР для оптико-тепловизионного комплекса контроля пожарной опасности в пожароопасных отсеках, отличительной стороной которого будет широкий диапазон частот, дальности обнаружения (0.3 - 25 м), высокое быстродействие и селективность. Технический облик и разработанное ТЗ на ОКР для сканирующего оптико-электронного комплекса для детекции газов, выделяющихся при возгорании.
В отличие от зарубежных аналогов в разработке будут применены новые методы и технологии проектирования элементов системы и её программирования, обеспечивающие полное соответствие современным авиационным стандартам (DO/KT-254, ARP4754A, DO-160G, DO-178C), что упрощает последующую сертификацию.

Конкурентные преимущества вероятных результатов работы основываются на заложенных в основу разработки системы принципах отказоустойчивой работы за счет многоспектральной обработки информации о примесях. Другой основой конкурентных преимуществ является технология проектирования программно-технических средств, гарантирующая их последующую сертификацию по DO-254, ARP4754A, DO-160G, DO-178C, АП-25.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Одной из главных целей государственной политики Российской Федерации в области авиационной деятельности является повышение авиационной безопасности и безопасности полетов воздушных судов с учетом требований международных стандартов и рекомендаций Международной организации гражданской авиации (ИКАО). Так, приоритетные направления государственной политики Российской Федерации в области авиационной деятельности включают, в том числе:
- повышение уровня безопасности полетов государственной, гражданской и экспериментальной авиации ;
- осуществление мер по исключению критической зависимости Российской Федерации от зарубежных стран в области авиационной деятельности
Современные системы пожарной сигнализации для гражданских воздушных судов в России серийно не производятся. В настоящее время отечественная промышленность не выпускает серийно датчики-сигнализаторы дыма/перегрева, которые бы надежно определяли задымление в пожароопасных отсеках самолетов и вертолетов. В связи с этим на отечественных самолетах и вертолетах применяются зарубежные датчики-сигнализаторы дыма/перегрева, например, М602/604 компании MSSI Inc, США, которая, фактически является монополистом на рынке.
Использование импортных датчиков, например, М602/604, для применения на перспективном самолете МС-21 вызывает огромные трудности в связи с тем, что МС-21 создается на базе современных авиационных стандартов (ARP4754A, DO-160G, DO-178C), которым не в полной мере соответствуют импортные сигнализаторы М602/604.

На настоящее время в системах пожарной сигнализации используются тепловые (термопары), ионизационные, дымовые, оптические, электромеханические газонаполненные датчики. Все перечисленные системы надежно обнаруживают пожар на самолете. За последние 50 лет было не более 5 случаев, когда прорыв пламени происходил в месте, где не был установлен датчик, т.е. датчик срабатывал уже после того, как пламя "отсекало" сигнальную информационную цепь, в результате сигнал не поступал на счетно-решающее устройство. Наибольшая проблема - это ложные срабатывания (пожара нет, а система срабатывает), что сильно воздействует на экипаж воздушного судна вплоть до паники. Количество ложных срабатываний по отдельным системам достигает 100 на один истинный. Таким образом, ложные срабатывания - основной недостаток существующих подходов.
В проекте предлагается новый комплексный подход решения проблемы авиационной пожарной сигнализации, позволяющий преодолеть основной недостаток существующих подходов - большое количество ложных срабатываний, в частности, из-за запыления или загрязнения воздуха. Поставлена новая научно-техническая задача - исследование концепции комбинированной многоспектральной оптико-электронной системы предупреждения ложных срабатываний противопожарных датчиков. Предполагается, что количество ложных срабатываний уменьшится по крайней мере на порядок.
Новизной, отличающей разработку от непосредственных зарубежных аналогов, является применение новых методов и технологии проектирования элементов системы и её программирования, обеспечивающих полное соответствие современным авиационным стандартам (DO/KT-254, ARP4754A, DO-160G, DO-178C), что упрощает последующую сертификацию.

Пути и способы достижения заявленных результатов:
- Разработка полной математической модели интерференции оптического и лазерного излучения с мелкодисперсной взвесью твердых частиц в ультрафиолетовом (УФ), видимом и инфракрасном (ИК) диапазонах, выявление диапазона частот, обеспечивающего наиболее надежную работу извещателей, исследование эффекта рассеивания света в ча-стицах дыма различной концентрации и в частицах других сред (пыли, грязи и др.), а также получения формулы зависимости значения оптического сигнала рассеивания света от значения концентрации частиц дыма в воздухе.
- Проектирование с учетом разработанной математической модели (в целях импортозамещения датчиков М602/604 компании MSSI Inc, США) отечественного двухканального датчика-сигнализатора дыма/перегрева с использованием чувствительного элемента, построенного на эффекте рассеивания света (эффект Тиндаля), и встроенного микропроцессора с программным обеспечением, сертифицированным по требованиям авиационных стандартов DO/КТ 178С, для применения на авиалайнерах МС-21, Сухой Суперджет - 100, Ту-204СМ/Ту-214;
- Проектирование с учетом разработанной математической модели программной платформы системы пожарной сигнализации и сертификация программного обеспечения для всех входящих в систему датчиков по требованиям авиационных стандартов DO/КТ 178С для обеспечения заданных норм безопасности полетов самолетов и вертолетов;
- Создание уникального научного стенда/установки (УСУ) для обеспечения задымления/запыления с переменной заданной концентрацией дыма/пыли и её измерений.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемые математические модели, программы и методики носят универсальный характер и могут быть использованы не только для целей построения систем пожарной защиты, но и для детекции вредных примесей в атмосфере, в том числе, биологических выбросов, т.е. в экологии и медицине.
Разрабатываемый комплекс пожарной защиты может найти применение не только в авиалайнерах МС-21, Сухой Суперджет - 100, Ту-204/214 и других воздушных судах, для которых он создается, но и на наземных пожаровзрывоопасных объектах, т.к. принципы обеспечения устойчивости к ложным срабатываниям, заложенные в его основу, носят универсальный характер.
Технология сертификации и верификации программного обеспечения, программно-аппаратный комплекс жесткого реального времени в последующем могут использоваться при разработке бортовых приборов и систем нового поколения.
Техническая документация на датчики и приспособления для их изготовления предназначена для применения на самолетах ПАО "Туполев", ОАО "Гражданские самолеты Сухого", ПАО "Корпорация " Иркут".
Прогнозируемый социально-экономический эффект от использования продукции, созданной на основе результатов данного исследования - в существенном снижении критической зависимости авиационной промышленности от импортных поставок; в повышении безопасности полетов и снижении на порядок числа ложных срабатываний противопожарной системы.
Для получения достаточного социально-экономического эффекта достаточно устанавливать новые системы на 30-40 воздушных судов в год (на каждом воздушном судне - от 16 до 22 датчиков). Это примерно соответствует перспективной программе производства только самолетов Сухой СуперДжет-100.

Текущие результаты проекта:
Выполнен обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы по проблеме создания системы пожарной сигнализации на воздушном судне о пожаре, стойкой к ложным срабатываниям.
Выполнен выбор и проведено обоснование оптимального варианта направления исследований.
Проведено патентное исследование в области пожарных извещателей.
Разработано частное техническое задание (ЧТЗ) на датчик - сигнализатор обнаружения дыма/перегрева для багажно-грузовых отсеков, а также туалетов самолетов.
Разработано ТЗ на стенд обеспечения задымления с переменной заданной концентрации дыма и её измерений.
Разработана конструкторской документации (КД) на технологическую оснастку для изготовления комплектов механической части экспериментального образца датчика - сигнализатора обнаружения дыма/перегрева.
Разработано ЧТЗ на программно-аппаратный комплекс (ПАК) реального времени по разработке, отладке, верификации и валидации программного обеспечения, обеспечивающий требования авиационных стандартов
ARP4754A, DO/КТ 178С.
Разработан программно-аппаратный комплекса (ПАК) реального времени по разработке, отладке, верификации и валидации программного обеспечения, обеспечивающего требования авиационных стандартов
ARP4754A, DO/КТ 178С.