Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0051

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0051
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
Закрытое акционерное общество "Техавиакомплекс"
Название доклада
Разработка алгоритмов бортовой системы обеспечения безопасности полета для предотвращения столкновений в воздухе и выполнения маловысотного полета с использованием малогабаритной РЛС
Докладчик
Сергеева Галина Викторовна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
1.1 Исследования и разработка новых научно-технических принципов и методов повышения безопасности маловысотных полетов летательных аппаратов малой авиации и авиации общего назначения за счет разработки логики, алгоритмов и аппаратуры, в т.ч. малогабаритного бортового локационного комплекса для перспективных бортовых систем, обеспечивающих заблаговременное определение и парирование текущих ошибок пилотирования, навигации и самолетовождения.
1.2 Разработка и создание экспериментального образца бортовой системы обеспечения безопасности полета для предотвращения столкновений в воздухе и безопасного выполнения маловысотного полета с малогабаритным бортовым локационным комплексом (ЭО БСБМП МБ ЛК) и исследование его характеристик.
В задачи работы входила оценка функционирования разработанной системы в летном эксперименте и проверка соответствия ее требованиям ТЗ в условиях реального полета.
Актуальность и новизна исследования
Исследования технологии маловысотного полета и синтезированного видения для бортовых авиационных комплексов представляют новое направление в прикладной теории средств навигации и индикации, использующее понятия и накопленный опыт из разнородных областей науки и техники. Поэтому проведенные исследования обладают научной новизной, выраженной в следующем.
1. Маловысотный полет
Предложены методы исследования, получены, отработаны и оценены в летных испытаниях унифицированные бортовые алгоритмы формирования опорной траектории МВП и управления с использованием ЦКИ на основе методов динамического программирования, функционального анализа и математической статистики.
2. Синтезированное видение.
Предложены инновационные методы формирования изображения различного по информативности рельефа местности в бортовых вычислительных системах на основе комплексного использования: - гипсометрической окраски полигонов 3D рельефа с учетом статистических свойств рельефа.
- учета освещенности рельефа, рассчитанной на основе средневзвешенной оценки нормалей к поверхности соседних полигонов;
- билинейной интерполяции цвета заливки полигонов рельефа;
- текстурирования стандартными текстурами со встраиванием в них пунктирной сетки для передачи эффекта движения при полете ВС над равнинной местностью.
Проведены исследования, направленные на повышение ситуационной осведомленности путем индицирования объектового состава картографической информации
Проведены летные исследования по идентификации объектов искусственного и естественного происхождения различной радиоконтрастности по их РЛИ. Апробирована в летном эксперименте индикация информации от датчиков СТЗ оптического и радио-диапазонов.
Описание исследования

В соответствии с задачами ТЗ, на 1 этапе работ были определены технические  требования и разработаны алгоритмы системы обеспечения безопасности полета для предотвращения столкновений в воздухе и выполнения маловысотного полета с использованием малогабаритной РЛС. Был определен состав аппаратных средств и структура ФПМО ЭО БСБМП МБ ЛК для реализации требуемых ТЗ функций.

На втором этапе работ был создан ЭО БСБМП МБ ЛК, включающий бортовой вычислительный комплекс с ФПМО, индикатор с кнопочным обрамлением, датчики системы технического зрения (СТЗ) – бортовую радиолокационную станцию (БРЛС) и видеокамеры. Для регистрации результатов летных исследований была создана система бортовых измерений (СБИ) на базе вычислительного комплекса.

Функционирование ЭО БСБМП МБ ЛК было отлажено на разработанных для этой цели пилотажном стенде, стенде отработки ФПМО и мобильном стенде для отработки бортового радиолокатора.

Для выполнения натурных (летных) исследований в соответствии с ТЗ на 3 этапе работ была создана летающая лаборатория на базе легкого самолета С-42Е, предоставленном индустриальным партнером. Самолет был оборудован ЭО БСБМП МБ ЛК.

Летные исследования ЭО БСБМП МБ ЛК выполнялись в 2 этапа:

На 1 этапе летных исследований в соответствии с разработанной программой выполнялась отладка бортовой РЛС и оценка функционирования ЭО БСБМП МБ ЛК при выполнении полетов в эксплуатационных областях. Перед выполнением полетов определялась фактическая дальность обнаружения искусственных объектов на ВПП с регулированием масштаба БРЛС.

В полетах оценивалась диаграмма направленности антенны БРЛС, выполнялась оценка возможности определения и распознавания заранее известных наземных и воздушных объектов (ВПП, здания и сооружения  вблизи аэродрома и на аэродроме, ЛЭП), дальности обнаружения объектов. Были реализованы режим РЛС контроля окружающего пространства (КОП), при полёте на относительно «больших» высотах (1000-2000м) и  режим радиолокационного картографирования (РРК). Оценивалось качество получаемых РЛИ наземных объектов естественного и искусственного происхождения различных размеров и  радиоконтрастности, на  разных удалениях (от 250м до 2 км) при выполнении полетов на малых высотах (50-150м).

Выполнялась также оценка формирования и выдачи в бортовой регистратор полетной информации (после каждого полета проводился экспересс-анализ зарегистрированной информации с последующей ее обработкой).

Перед выполнением летных исследований 2 этапа был проведен значительный объем работ на пилотажном стенде с целью устранения замечаний по функционированию алгоритмов  системы, полученных на 1 этапе летных исследований, а также для моделирования различных режимов работы системы. Работы выполнялись с привлечением летного состава.

Это позволило существенно сократить сроки,  уменьшить объем  и себестоимость летных исследований, а также  создать опережающий научно-технический задел путем отработки и моделирования требуемых режимов работы системы.

На 2 этапе летных исследований были решены следующие задачи:

- подтверждение соответствия характеристик БСБМП МБЛК требованиям Технического задания;

- оценка эффективности и надежности БСБМП МБЛК в реальных условиях полета, включающая оценку функционирования (в части обеспечения информационной поддержки экипажа) экспериментального образца БСБМП МБ ЛК на всех этапах полета:

- взлет и посадка;

- маневрирование (простой пилотаж);

- полет по маршруту, включая маловысотный полет;

- оценка интерфейса бортовой системы для улучшения технологии взаимодействия БСБМП МБЛК с экипажем.

 Летные исследования выполнялись с выходом на эксплуатационные ограничения самолета. Пилотирование самолета в штатных режимах выполнялось в соответствии с РЛЭ. Приближение к областям критических значений (выход в области эксплуатационных ограничений) выполнялось в ПМУ в отсутствие болтанки, в строгом соответствии с полетным заданием и контролировалось пилотом.

Полетная информация регистрировалась СБИ.

Исследования функций системы, связанных с выходом самолета в области критических значений (аварийные ситуации), были отработаны в стендовых испытаниях.

Для реализации предупреждающей сигнализации ЭО БСБМП МБЛК по углу атаки, перегрузке и скорости, необходимой в алгоритмах предупреждения о приближении к критическим режимам полета был разработан и установлен на самолете датчик углов атаки и скольжения.

В процессе летных исследований пилот выполнял летную оценку информационно-управляющего поля системы, в том числе, в части достаточности, удобства восприятия и выдачи летчику необходимых данных в соответствии с логикой выбранного режима работы.

Результаты исследования

Результаты стендовых и летных исследований ЭО БСБМП МБЛК подтвердили соответствие его характеристик всем требованиям ТЗ. ЭО БСБМП МБЛК обеспечивает:

- выявление особой ситуации на самой ранней стадии ее развития

- информирование и предупреждение экипажа, выбор оптимального решения и выдачу команд на ручное  или автоматическое парирование опасной ситуации

- оптимальный интерфейс бортовой системы с экипажем при отображении информации

- контроль правильности и своевременности действий экипажа по предотвращению особой ситуации

- безопасное  маневрирование.

Подтверждено соответствие ЭО БСБМП МБЛК требованиям ТЗ в части обеспечения маловысотного полета (МВП).

Выполнена оценка соответствия ЭО БСБМП МБЛК требованиям ТЗ в части обеспечения прогноза изменения высоты и скорости полета для безопасного продолжения маневра на режимах взлета и посадки, маневрирования (пилотажа), полета по маршруту, в том числе в горной (холмистой) местности. Оценка реализации алгоритмов МВП при полете над сложным рельефом выполнена в стендовых испытаниях на пилотажном стенде при выполнении «полета» в районе аэродрома Адлер (Сочи).

Реализована выдача сигнальной информации по приоритетам:

- аварийная (необходимы немедленные действия), мигающие текстовые сообщения и символьная индикация красного цвета; речевая информация и тональная сигнализация;

- предупреждающая - мигающие текстовые сообщения и символьная индикация желтого цвета; речевая информация;

- уведомляющая - текстовые сообщения белого цвета вверху экрана на синем фоне.

         Бортовая РЛС обнаруживает взлетно-посадочную полосу, наземные и воздушные объекты, опасные метеоявления (турбулентность, сдвиг ветра, грозовые образования) на заявленной дальности работы.

                   Выполнена оценка соответствия ЭО БСБМП МБЛК требованиям ТЗ по обеспечению информационной поддержки экипажа (летчика) на всех этапах полета.

         Выполнена оценка соответствия требованиям ТЗ по обеспечению сопряжения ЭО БСБМП МБЛК по сигналам:

- с пилотажно-навигационным комплексом для выдачи экипажу сигналов и команд директорного управления;

- с системой автоматического управления самолетом (при её наличии на борту) для выдачи сигналов автоматического управления.

Сравнение объемов выполненной работы по удельному весу стендовых и летных испытаний позволяет сделать вывод о необходимости и важном значении стендовых испытаний для подготовки и проведения летного эксперимента.

 Были получены положительные летные оценки информационно-управляющего поля ЭО БСБМП МБЛК, подтвердившие оптимальность выбранных алгоритмических решений для реализации человеко-машинного интерфейса с выбранным функционалом системы.

 

Планируется, что создаваемая бортовая система обеспечения безопасности полета для предотвращения столкновений в воздухе и выполнения маловысотного полета с использованием малогабаритной РЛС будет превосходить существующие на рынке зарубежные продукты - Garmin Ltd (CША): приборы серий Garmin; MGL Avionics (Канада): приборы Enigma, Voyager, Odyssey; TL-electronic (Чехия): приборы INTEGRA; Dynon Avionics (США): приборы D100 EFIS, как по своим функциональным возможностям, так и по массово-габаритным и стоимостным характеристикам, а также обеспечит импортозамещение.

В настоящее время выполняется анализ и обобщение полученных результатов для разработки ТЗ на ОКР «Создание опытного образца бортовой системы обеспечения безопасности полета для ВС малой авиации.

Практическая значимость исследования
Результаты проведенных исследований направлены на решение проблемы безопасности полетов легких воздушных судов и будут использованы при проведении ОКР по созданию опытного образца, а затем при организации серийного производства нового поколения бортовых систем и комплексов для ВС малой авиации, реализующих принципиально новые высокоэффективные способы профилактики негативных авиационных событий и обеспечивающих радикальный переход от системы обеспечения безопасности полетов к системе управления безопасностью полетов, внедряемой сегодня во всем мире в соответствии с рекомендациями ИКАО
Индустриальным партнером – концерном «Авионика» были выполнены маркетинговые исследования с целью изучения перспектив коммерциализации РИД, полученных при выполнении ПНИ.
Произведена оценка продукта с учетом вариантности, который может быть получен при коммерциализации РИД.
Анализ построенной SWOT–матрицы и результирующего вектора конкурентного профиля дал в целом положительный результат. Выполнена оценка рынка широкого диапазона потребителей продукта в различных его исполнениях. Оценен потенциал продаж. До 2025г. он может составить около 1000 экземпляров. Определена матрица комплекса маркетинга. Индустриальным партнером разработано ТЭО разработки, производства и эксплуатации серийной продукции с учетом его технологических возможностей и производственной базы. Разработан производственный план, оценены показатели коммерциализации РИД и стоимость серийного образца – около 3,6 млн.р. Определены объемы необходимого финансирования для разработки опытного образца исходя из требуемого перечня работ – 150 млн. р. с учетом затраченных средств, что составило сумму порядка 228 млн.р. Предложены и обоснованы производственные и офисные мощности, необходимые для реализации серийного производства.
Разработан план продаж серийного образца. Построена финансовая модель построения финансового потока с учетом необходимых вложений на основе плана продаж, затрат, амортизации. Определены ключевые показатели проекта: приведенный дисконтированный денежный поток к концу прогнозного периода – около 630 тыс.р. при внутренней норме доходности около 9%. Срок окупаемости проекта с учетом дисконтирования, составил 5 лет.