RU2339547C1 - Automated high-intelligent system for aircraft flight safety providing - Google Patents
Automated high-intelligent system for aircraft flight safety providing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2339547C1 RU2339547C1 RU2007110974/11A RU2007110974A RU2339547C1 RU 2339547 C1 RU2339547 C1 RU 2339547C1 RU 2007110974/11 A RU2007110974/11 A RU 2007110974/11A RU 2007110974 A RU2007110974 A RU 2007110974A RU 2339547 C1 RU2339547 C1 RU 2339547C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aircraft
- unit
- flight
- block
- control
- Prior art date
Links
Landscapes
- Traffic Control Systems (AREA)
Abstract
Description
Область техники.The field of technology.
Система относится к области авиационного бортового оборудования и предназначена для установки на гражданские летательные аппараты (ЛА) для защиты ЛА в критических или катастрофических ситуациях.The system relates to the field of aviation avionics and is intended for installation on civilian aircraft (LA) to protect the aircraft in critical or catastrophic situations.
Уровень техники.The level of technology.
Известна управляющая экспертная система (ЭС), Ильясов Б.Г., Парфенов Н.М. и др. «Автоматизация принятия решений при управлении системами «Человек - техника» с помощью экспертных систем». Эргономика в России, СНГ и мире. Международная конференция С.-Петербург. Россия. 21-24. 1993, для оказания помощи оператору, решающая следующие задачи: распознавание критической ситуации, принятие решений по управлению выводом сложной системы (объекта) из критической ситуации, выбор управляющих воздействий и контроль эффективности их реализации. В системе «человек - техника» критические ситуации, возникающие вследствие отказов техники, ошибок человека и неблагоприятных внешних условий приводят в случае непринятия своевременных и правильных управляющих решений к аварии или катастрофе. Принятие решения человеком, управляющим сложной системой, затруднено вследствие многомерности факторов для анализа, неопределенности и неоднозначности описания критических ситуаций, связанных с малым резервом времени и большой психологической нагрузкой.Known management expert system (ES), Ilyasov B.G., Parfenov N.M. and others. "Automation of decision-making in the management of systems" Man - technology "using expert systems." Ergonomics in Russia, the CIS and the world. International Conference St. Petersburg. Russia. 21-24. 1993, to assist the operator, solving the following tasks: recognition of a critical situation, decision-making on managing the withdrawal of a complex system (object) from a critical situation, selection of control actions and monitoring the effectiveness of their implementation. In the “man-equipment” system, critical situations arising as a result of equipment failures, human errors and adverse external conditions lead to failure or timely control decisions leading to an accident or disaster. Making a decision by the person managing the complex system is difficult due to the multidimensionality of factors for analysis, the uncertainty and ambiguity of the description of critical situations associated with a small reserve of time and a large psychological load.
В базу знаний (БЗ) входят знания о предметной области управления сложной системой в критических ситуациях. В системе знания о проблемной области структурированы исходя из цели построения управляющей ЭС, оказания помощи управляющему в принятии решений при возникновении критических ситуаций.The knowledge base (KB) includes knowledge about the subject area of managing a complex system in critical situations. In the system, knowledge about the problem area is structured on the basis of the goal of constructing a control ES, to assist the manager in making decisions in case of critical situations.
В качестве инструментального средства оказания помощи эксперту в выражении своей концептуальной модели проблемной области используется программная система создания и ведения баз данных (БД) характеристик критических ситуаций и БЗ. Система выполняет функции автоматизации получения знаний от экспертов. Данные представляются реляционной БД характеристик критических ситуаций, выполняется проверка целостности создания БД, производится ситуационная кластеризация данных.As a tool to assist an expert in expressing his conceptual model of a problem area, a software system for creating and maintaining databases (DB) of characteristics of critical situations and knowledge bases is used. The system performs the functions of automating the acquisition of knowledge from experts. The data is presented to the relational database of the characteristics of critical situations, the integrity of the database creation is checked, and situational data clustering is performed.
В процессе экспертного опроса для обеспечения необходимой полноты БД экспертам ставится задача анализа новых для них ситуаций; способом решения задач экспертной классификации является способ организации экспертных игр с коллективом экспертов. Сценарии экспертных игр предусматривают рассмотрение известных и новых для экспертов примеров критических ситуаций; в диалоге с ЭВМ заполняется БД. Создание и заполнение БД осуществляется с помощью средств систем управления реляционной БД для персональных ЭВМ с применением интеллектуального многооконного интерфейса. Окончательно согласованные экспертные оценки хранятся в БД и являются основной для создания правил распознавания критических ситуаций и принятия решений в БЗ ЭС.In the process of an expert survey, to ensure the necessary completeness of the database, experts are given the task of analyzing new situations for them; a way to solve the problems of expert classification is a method of organizing expert games with a team of experts. Scenarios of expert games include consideration of known and new examples of critical situations for experts; in the dialogue with the computer the database is filled. Creation and filling of the database is carried out using the relational database management systems for personal computers using an intelligent multi-window interface. Finally agreed expert assessments are stored in the database and are the basis for creating rules for recognizing critical situations and making decisions in the knowledge base.
Представление знаний об управлении системой в критических ситуациях осуществляется с помощью продукционной модели, позволяющей представлять правила распознавания ситуаций и принятия решений. В качестве критерия распознавания классов критических ситуаций в управляющей ЭС используется степень близости распознаваемой ситуации, представленной вектором, к эталонным описаниям классов критических ситуаций.Knowledge is presented about managing the system in critical situations using a production model that allows you to represent the rules for recognizing situations and making decisions. As a criterion for recognizing the classes of critical situations in the control ES, the degree of proximity of the recognized situation represented by the vector to the reference descriptions of the classes of critical situations is used.
Однако при такой структуре ЭС управления система бортовых датчиков не включается в цикл работы по пилотированию ЛА. Динамические характеристики современных ЛА отличаются пониженной статической устойчивостью, что привело к существенному усложнению систем автоматического управления (САУ) и значительному расширению их функциональных возможностей. В то же время увеличение сложности САУ способствовало существенному увеличению разнообразия отказов этих систем. Поэтому стала практически невозможной разработка только инструктивных указаний по действиям пилота при возникновении каждого из возможных отказов. Подробные инструкции можно разработать только для ограниченного перечня отказов, в пределах эксплуатационных ограничений ЛА бортового оборудования (БО). Возникновение же в полете отказов, действия по устранению которых предварительно не отрабатывались и не отражены в инструкциях, представляет серьезную проблему. Как показывает анализ катастроф ЛА, нежелательное развитие событий можно было бы предотвратить, если бы были выполнены соответствующие грамотные действия экипажа. Однако время, которым располагает пилот для этого, обычно не превышает нескольких секунд, а принимая во внимание стрессовое состояние человека во время аварии становится ясно, что пилот может и не найти единственно правильного решения в нужный момент.However, with such a structure of the ES control system, the system of on-board sensors is not included in the work cycle for piloting the aircraft. The dynamic characteristics of modern aircraft are characterized by reduced static stability, which has led to a significant complication of automatic control systems (ACS) and a significant expansion of their functionality. At the same time, increasing the complexity of self-propelled guns contributed to a significant increase in the variety of failures of these systems. Therefore, it became practically impossible to develop only guidance on the actions of the pilot in the event of each of the possible failures. Detailed instructions can be developed only for a limited list of failures, within the operational limits of aircraft avionics (BO). The occurrence of failures in flight, the actions to eliminate which were not previously worked out and are not reflected in the instructions, is a serious problem. As the analysis of aircraft accidents shows, undesirable development of events could have been prevented if appropriate competent actions of the crew had been performed. However, the time available to the pilot for this usually does not exceed several seconds, and taking into account the stressful state of a person during an accident, it becomes clear that the pilot may not find the only right solution at the right time.
Известна комплексная информационная система сигнализации (КИСС) для предупреждения экипажа о возникновении опасных ситуаций (сигнальная информация), выдачи информации о параметрах и состоянии систем самолета и двигателей (в виде мнемокадров), отображения информации об отказах и результате контроля систем самолета. Руководство по летной эксплуатации Ил-96 раздел 8.21. Системы сигнализации и информации 30,10-1987.3.A comprehensive information signaling system (KISS) is known for warning the crew of dangerous situations (signaling information), issuing information about the parameters and condition of aircraft systems and engines (in the form of mnemonic frames), displaying information about failures and the result of monitoring aircraft systems. Flight Operation Manual IL-96 Section 8.21. Alarm and information systems 30.10-1987.3.
Информация, выдаваемая системой, отображается на экранах многофункциональных индикаторов (МИ). Управление индикацией осуществляется с пультов управления (ПУИ). Сигнальная информация (в виде текстов) автоматически отображается на левом МИ, а при необходимости может быть вручную вызвана на правый. В зависимости от срочности действия экипажа в той или иной ситуации КИСС обеспечивает выдачу сигнальной информации трех категорий: аварийной, предупреждающей и уведомляющей (отображается на экране различными цветами). Аварийные и предупреждающие сигналы сопровождаются загоранием центральных сигнальных огней (ЦСО) и звуковым сигналом (гонг).Information issued by the system is displayed on the screens of multifunction indicators (MI). Indication control is carried out from control panels (ISP). Signal information (in the form of texts) is automatically displayed on the left MI, and, if necessary, can be manually called on the right. Depending on the urgency of the crew’s action in a given situation, KISS provides the issuance of signaling information of three categories: emergency, warning and notification (displayed on the screen in different colors). Alarms and warning signals are accompanied by the ignition of the central signal lights (CCO) and an audible signal (gong).
Отображение информации об отказах и результатах контроля систем в виде текста возможно по вызову с ПУИ кнопкой, при контроле системы с помощью панели контроля - на приборной доске бортинженера.Displaying information about failures and results of system monitoring in the form of a text is possible by calling with the ISP button, while monitoring the system using the control panel, on the flight engineer’s dashboard.
Для увеличения надежности система выполнена двухканальной с перекрестными связями между каналами. В случае обнаружения отказов в системе она автоматически перестраивается таким образом, чтобы оставшимися исправными элементами полностью или частично выполнить свою задачу (реконфигурация системы).To increase reliability, the system is made dual-channel with cross-links between channels. In the event of a failure in the system, it is automatically rebuilt in such a way that the remaining serviceable elements fully or partially fulfill their task (reconfiguration of the system).
Данная система помогает летчику в случае, когда ЛА находится в пределах эксплуатационных ограничений.This system helps the pilot when the aircraft is within operational limits.
Однако данная система не обеспечивает летчика информацией в катастрофических ситуациях по выводу из них, не дает комплексного анализа и прогноза событий в полете.However, this system does not provide the pilot with information in catastrophic situations on the conclusion of them, does not provide a comprehensive analysis and forecast of events in flight.
Данная система диагностики не является советчиком, помогающим экипажу в определении приоритетов сигналов тревоги и выделении наиболее важных из них - катастрофических ситуациях (КС). Для работы ЭС необходима информация о состоянии БО и должен осуществляться основной процесс: на основе имеющихся фактов в БД и БЗ и состояния БО формируются новые факты, характеризующие текущую ситуацию на ЛА в реальном времени. Та часть информации в БД катастрофических ситуаций, которая сформирована дедуктивной системой и определяет необходимые воздействия на ЛА, должна направляться экипажу в качестве рекомендаций, а если он не выполняет их, то на исполнительные механизмы системы автоматического управления (САУ).This diagnostic system is not an adviser that helps the crew in determining the priorities of alarms and highlighting the most important of them - catastrophic situations (CS). For the ES to work, information is needed on the state of the aircraft and the main process should be carried out: based on the available facts in the database and knowledge base and the state of the aircraft, new facts are formed that characterize the current situation in the aircraft in real time. That part of the information in the database of catastrophic situations, which is formed by the deductive system and determines the necessary effects on the aircraft, should be sent to the crew as recommendations, and if it does not comply with them, then to the executive mechanisms of the automatic control system (ACS).
Известна система поддержки экипажа в опасных ситуациях при выходе из эксплуатационной области, патент на изобретение РФ №2128854 от 30.08.96, Берестов Л.М., Харин Е.Г. и др., включающая датчики состояния двигателей, топливной системы, гидросистемы, системы электроснабжения, системы штурвального управления, системы выпуска шасси и торможения, системы жизнеобеспечения, противообледенительной системы, противопожарной системы, системы автоматического управления, системы воздушных сигналов, системы самолетовождения, бортовой части спутниковой навигационной системы, бесплатформенной инерциальной навигационной системы, радиовысотомера, приборной системы посадки, радиотехнической системы ближней навигации, метеонавигационной радиолокационной станции, системы предупреждения критических режимов, соединенные с мультиплексным каналом информационного обмена, систему отображения информации, в нее также введены база знаний, база данных, блок распознавания состояния конфигурации ЛА, блок распознавания режимов полета, анализатор состояния аппаратуры ЛА, анализатор состояния пилотажно-навигационного оборудования, блок распознавания аварийных ситуаций, блок прогноза, состоящий из связанных блоков моделирования динамики ЛА - бортового оборудования и БЗ развития аварийных ситуаций, связанных друг с другом БЗ характеристик аварийных ситуаций (АС) и БЗ предотвращения АС, вычислитель принятия решений с предотвращением АС, анализатор правильности действий по предотвращению АС, вычислитель принятия решений о переходе на автоматическое управление, блок предупреждения о нарушении правильности действий.The known support system for the crew in dangerous situations when leaving the operational field, patent for the invention of the Russian Federation No. 2188854 from 08/30/96, Berestov L.M., Kharin E.G. etc., including sensors for the condition of engines, fuel system, hydraulic system, power supply system, steering control system, landing gear and braking system, life support system, anti-icing system, fire protection system, automatic control system, air signal system, airborne navigation system, onboard satellite part navigation system, strapdown inertial navigation system, radio altimeter, instrument landing system, short-range navigation system radar, meteorological navigation radar, critical warning systems connected to the multiplex channel of information exchange, an information display system, it also includes a knowledge base, a database, an aircraft configuration state recognition unit, a flight mode recognition unit, an aircraft equipment state analyzer, an aircraft state analyzer, a state analyzer aeronautical and navigation equipment, emergency recognition unit, forecast unit, consisting of related units for modeling the dynamics of aircraft - on-board of ore and knowledge base for the development of emergency situations, related knowledge base of emergency characteristics (AS) and emergency prevention knowledge base, calculator of decision making with prevention of AS, analyzer of correctness of actions to prevent AS, calculator of decision-making on switching to automatic control, warning block about violation correct action.
Однако данная система поддержки экипажа в опасных ситуациях, в которой анализируются нарушения правильности действий управления по предотвращению АС, ввиду отсутствия вычислений запасов по критическому параметру не позволяет принимать окончательные решения по переходу на активное автоматическое управление по предотвращению критических ситуаций.However, this crew support system in hazardous situations, which analyzes violations of the correctness of actions to control nuclear power plants, due to the lack of calculation of reserves by a critical parameter, does not allow making final decisions on the transition to active automatic control to prevent critical situations.
Известен «Способ поддержки оператора летательного аппарата в опасных ситуациях», патент РФ №2205442 от 2003.05.27, G05D 1/00, Сухолитко В.А., заключающийся в том, что формируют базу знаний по набору возможных программ полета, а также по результатам анализа и опыта исследования авиационных катастроф, с помощью экспертной системы оценивают работоспособность бортового оборудования летательного аппарата и работу оператора, прогнозируют аварийные ситуации и информируют оператора о возникших отклонениях от нормы в работе бортового оборудования и об изменении условий полета, оценивают класс и степень сложности опасной ситуации, на основе базы знаний выдают оператору рекомендации и формируют решения по минимизации тяжести последствий, предотвращению перехода аварийной ситуации в катастрофическую, и если оператор по любым причинам не выполняет рекомендаций по выводу летательного аппарата из опасной ситуации, то передают управление им системе автоматического управления, а для оператора и диспетчера наземного пункта управления формируют кодированные пароли, при вводе которых в экспертную систему, разнесенными во времени промежутками, разрешают оператору свободное управление летательным аппаратом.The well-known "Method of supporting the operator of an aircraft in dangerous situations", RF patent No. 2205442 dated 2003.05.27, G05D 1/00, V. Sukholitko, which consists in the fact that they form the knowledge base on the set of possible flight programs, as well as the results analysis and experience in the study of aircraft accidents, using an expert system to evaluate the performance of aircraft onboard equipment and the operator’s work, predict emergency situations and inform the operator of deviations from the norm in the operation of aircraft equipment and Changing the flight conditions, they evaluate the hazard class and complexity of the hazardous situation, issue recommendations to the operator on the basis of the knowledge base and formulate decisions to minimize the severity of the consequences, prevent the emergency from becoming catastrophic, and if the operator does not follow the recommendations for removing the aircraft from the dangerous situation for any reason then they transfer control over it to the automatic control system, and coded passwords are generated for the operator and the dispatcher of the ground control point, when entered into the expert hydrochloric system, spaced at intervals of time, allow the operator to freely control of the aircraft.
Однако оценка сложности ситуации управления только на основе БЗ не формирует решения по минимизации тяжести последствий при предотвращении перехода аварийной ситуации (АС) в катастрофическую. Действительно, прогноз в аварийной ситуации без проведения параллельного моделирования развития ситуации характеризуется невысокой точностью. В данной системе отсутствие процесса параллельного моделирования развития опасной ситуации и определения запасов критических параметров не дает возможности точно характеризовать наступление катастрофической ситуации.However, the assessment of the complexity of the control situation only on the basis of the knowledge base does not form a decision to minimize the severity of the consequences while preventing the transition of an emergency (AC) into a catastrophic one. Indeed, the forecast in an emergency without parallel modeling of the development of the situation is characterized by low accuracy. In this system, the absence of a process of parallel modeling of the development of a dangerous situation and the determination of critical parameters reserves does not make it possible to accurately characterize the onset of a catastrophic situation.
Известна «Система защиты самолета от ошибочных или умышленных действий, приводящих к катастрофе», Берестов Л.Б., Харин Е.Г. и др., патент РФ №2228885 7 B64D, G08B 23/00, 15.11.2001, взятая за прототип.The well-known "System for protecting an aircraft from erroneous or intentional actions leading to disaster", Berestov LB, Kharin EG et al., RF patent No. 2228885 7 B64D, G08B 23/00, 11/15/2001, taken as a prototype.
Система предназначена для установки на гражданские ЛА, основана на использовании теории искусственного интеллекта с базами знаний и машинами логического вывода, является советчиком экипажу по управлению в критических ситуациях (КС). Система содержит датчики состояния бортовых систем, соединенные с каналом информационного обмена, штатную и аварийную системы управления ЛА, бортовую линию радиоуправления воздушным движением, три экспертных системы (ЭС), вычислитель момента блокировки экипажа, систему блокировки действий экипажа, вычислитель параметров движения ЛА, три переключателя.The system is designed to be installed on civil aircraft, based on the use of artificial intelligence theory with knowledge bases and logical inference machines, and is an adviser to the crew in critical situations (CS) control. The system contains on-board systems status sensors connected to the information exchange channel, the standard and emergency aircraft control systems, the airborne radio control airborne line, three expert systems (ES), a crew lock-up calculator, a crew action blocking system, an aircraft motion parameters calculator, three switches .
Однако данная система с использованием ЭС на основе расчета только ограниченного времени прогноза развития КС без учета запаса по критическому параметру не обеспечивает летчику полноту советов по выводу из КС.However, this system with the use of ES on the basis of calculating only a limited time for forecasting the development of the CS without taking into account the margin of the critical parameter does not provide the pilot with completeness of advice on withdrawing from the CS.
Технический результат - создание автоматизированной высокоинтеллектуальной системы защиты гражданских самолетов от террористов, проникших в пилотскую кабину гражданского самолет, выполняющей функцию недопущения уничтожения самолета с людьми, находящимися на борту, обеспечивающей безопасность полета путем предотвращения катастрофических ситуаций. Кроме того, система должна эффективно выполнять функции интеллектуальной поддержки экипажа, придавая им функции активного автоматического управления по предотвращению катастрофических ситуаций.The technical result is the creation of an automated highly intelligent system for protecting civilian aircraft from terrorists entering the pilot's cockpit of a civilian aircraft, performing the function of preventing the destruction of aircraft with people on board, ensuring flight safety by preventing catastrophic situations. In addition, the system should effectively carry out the functions of the intellectual support of the crew, giving them the functions of active automatic control to prevent catastrophic situations.
Существенные признаки.Essential features.
Дня достижения указанного технического результата в автоматизированную высокоинтеллектуальную систему (АВС) обеспечения безопасности полетов летательного аппарата, включающую штатную систему управления ЛА, соединенную с датчиками состояния бортовых систем, блок прогноза движения ЛА за время t0, связанный с ним блок определения катастрофических ситуаций (КС), вычислитель параметров движения ЛА (ВПД), связанный с входами блока определения режима попета, блока прогноза движения ЛА за время t0, переключатель, выполненный пороговым, блок сравнения, экспертные системы, введены блок возврата в исходный режим полета, связанный с ВПД, первая ЭС, выполненная с блоком определения режима полета, соединенным с базой знаний (БЗ) по признакам режима полета ЛА, вторая ЭС, выполненная с блоком выбора математической модели полета ЛА, соединенным с БЗ по математическим моделям полета ЛА и ВПД, третья ЭС, выполненная с блоком прогноза движения ЛА, блоком определения катастрофических ситуаций (КС), соединенным с БЗ по управлению по критическому параметру и БЗ по КС, связанными последовательно блоком прогноза движения по предотвращению КС, блоком сравнения, блоком определения момента блокировки штатной системы управления ЛА, четвертая ЭС, выполненная с блоком управления по выводу из КС, соединенным с БЗ по виду управления вывода из КС. При этом блок определения режима полета первой ЭС соединен своим выходом с входом блока выбора математической модели полета ЛА второй ЭС, блок прогноза движения ЛА третьей ЭС соединен своим входом с выходом блока выбора математической модели полета ЛА второй ЭС, вторым входом - ВПД. Блок определения момента блокировки штатной системы управления ЛА третьей ЭС соединен своим выходом с входом блока управления по выводу из КС четвертой ЭС, выходы которого соединены с входами блока возврата в исходный режим полета и штатной системой управления ЛА. Причем блок определения катастрофических ситуаций (КС) связан с переключателем с двумя выходами, первый - «по сигналу Да» связан с первым входом блока прогноза движения ЛА по предотвращению КС, выход которого связан с блоком сравнения, второй - «по сигналу НЕТ» соединен с входом блока возврата в исходный режим полета. Второй выход блока прогноза движения ЛА третьей ЭС связан с входом блока сравнения.The day the specified technical result is achieved in the automated highly intelligent system (ABC) of flight safety of the aircraft, which includes the full-time control system of the aircraft, connected to the sensors of the state of the on-board systems, the unit for forecasting the movement of the aircraft for time t 0 , the associated unit for determining catastrophic situations (CS) , calculator of the parameters of the movement of the aircraft (VPD), connected with the inputs of the block determining the regime of the picket, the block of forecasting the movement of the aircraft for the time t 0 , the switch made by the threshold, the block with equalities, expert systems, a unit for returning to the initial flight mode associated with the airspace was introduced, the first ES made with the block for determining the flight mode connected to the knowledge base (KB) according to the characteristics of the flight mode of the aircraft, the second ES made with the block for choosing the mathematical model of flight An aircraft connected to the base station according to the mathematical models of the flight of the aircraft and VPD, the third ES made with a block for forecasting the movement of the aircraft, a unit for determining catastrophic situations (CS) connected to the base station for controlling by a critical parameter, and the base station for the base station connected in series motion prediction unit to prevent the COP, the comparison unit, the time detecting unit lock standard aircraft control system, the fourth ES adapted to withdraw from the COP control unit connected to the BR from the COP of the output control mean. In this case, the block for determining the flight mode of the first ES is connected with its output to the input of the block for choosing the mathematical model of the flight of the aircraft of the second ES, the block for forecasting the movement of the aircraft of the third ES is connected with its input with the output of the block of choosing the mathematical model of the flight of the aircraft of the second ES, the second input is the VPD. The block for determining the moment of blocking the regular control system of the aircraft of the third ES is connected by its output to the input of the control unit at the output of the fourth ES from the CS, the outputs of which are connected to the inputs of the unit for returning to the initial flight mode and the standard control system of the aircraft. Moreover, the unit for determining catastrophic situations (CS) is connected to a switch with two outputs, the first “by signal Yes” is connected to the first input of the aircraft motion prediction block to prevent CS, the output of which is connected to the comparison unit, the second “by signal NO” is connected to input unit return to the initial flight mode. The second output of the aircraft motion prediction unit of the third ES is connected to the input of the comparison unit.
Кроме того, в третью ЭС дополнительно введены блок определения приближения к эксплуатационным ограничениям, соединенный с БЗ по эксплуатационным ограничениям, своим входом связанный с выходом блока прогноза движения ЛА, БЗ по управлению по недопущению выхода за ограничения, связанная с блоком формирования подсказки экипажу, второй вход которого соединен с блоком определения приближения к эксплуатационным ограничениям, а выход - с индикатором на приборной доске.In addition, the third ES additionally introduced a unit for determining the approach to operational limitations, connected to the base for operational limitations, with its input connected to the output of the aircraft motion prediction unit, and the base for managing to prevent exiting the restrictions associated with the crew prompting unit, the second input which is connected to the unit for determining approximation to operational limitations, and the output is connected to an indicator on the dashboard.
Описание чертежа.Description of the drawing.
Для пояснения сущности изобретения на чертеже представлена блок-схема предложенной АВС обеспечения безопасности полета, где изображены:To clarify the invention, the drawing shows a block diagram of the proposed ABC flight safety, which shows:
1 - вычислитель параметров движения ЛА (ПВД);1 - calculator of the parameters of the movement of the aircraft (LDPE);
2, 3, 4, 5 - первая, вторая, третья, четвертая экспертные системы (ЭС);2, 3, 4, 5 - first, second, third, fourth expert systems (ES);
6 - блок определения режима полета;6 - block determining the flight mode;
7 - база знаний (БЗ) по признакам режима полета;7 - knowledge base (KB) on the basis of the flight mode;
8 - блок выбора математической модели полета ЛА;8 - block selection of a mathematical model of the flight of the aircraft;
9 - БЗ по математическим моделям полета ЛА;9 - KB on the mathematical models of flight aircraft;
10 - блок прогноза движения ЛА за время t0;10 - block prediction of the movement of the aircraft for a time t 0 ;
11 - блок определения катастрофической ситуации (КС);11 - block determining the catastrophic situation (CS);
12 - БЗ по управлению по критическому параметру;12 - KB for management by a critical parameter;
13 - БЗ по КС;13 - KB on the COP;
14 - переключатель;14 - switch;
15 - блок прогноза движения по предотвращению КС;15 - block prediction of movement to prevent CS;
16 - блок сравнения;16 is a comparison block;
17 - блок определения момента блокировки штатной системы управления ЛА;17 - block determining the moment of blocking the standard control system of the aircraft;
18 - блок управления по выводу из КС;18 - control unit for withdrawal from the COP;
19 - БЗ по виду управления вывода из КС;19 - KB on the type of control output from the COP;
20 - блок возврата в исходный режим полета;20 - unit return to the initial flight mode;
21 - штатная система управления ЛА;21 - a full-time aircraft control system;
22 - блок определения приближения к эксплуатационным ограничениям;22 is a block determining the approximation to operational limitations;
23 - БЗ по управлению по недопущению выхода за ограничения;23 - KB on management to prevent going beyond restrictions;
24 - блок формирования подсказки экипажу;24 - a unit for forming a hint to the crew;
25 - БЗ по эксплуатационным ограничениям;25 - BZ on operational restrictions;
26 - индикатор на приборной доске.26 - indicator on the dashboard.
АВС обеспечения безопасности полета ЛА включает датчики состояния бортовых систем, соединенные со штатной системой управления 21, вычислитель параметров движения ЛА 1. Первая ЭС 2 выполнена с вычислительным блоком 6 определения режимов полета, первым входом соединенным с БЗ 7 по признакам движения ЛА, вторым входом связанным с вычислителем параметров движения (ВПД) ЛА 1, а выходом связанным с первым входом второй ЭС 3. Вторая ЭС 3 выполнена с блоком 8 выбора математической модели полета ЛА, вторым входом соединенным с БЗ 9 по математическим моделям полета ЛА, третьим входом - с выходом ВПД 1, а выходом соединенным с первым входом блока 10 прогноза за время t0 третьей ЭС 4, вторым входом - с выходом ВПД 1; первый выход соединен с блоком 11 определения КС, второй - с блоком сравнения 16, второй вход блока 11 определения КС связан с БЗ по критическому параметру 12, третий вход связан с БЗ по КС 13. Выход блока определения КС 11 связан с переключателем с двумя выходами 14, первый - по сигналу «Да» связан с входом блока прогноза движения по предотвращению КС 15, а второй - по сигналу «Нет» связан с первым входом блока 20 возврата в исходный режим полета. Выход блока сравнения 16 соединен с входом блока 17 определения момента блокировки штатной системы управления ЛА с выходом, связанным с первым входом блока управления 18 по выводу из КС четвертой ЭС 5, вторым входом, соединенным с БЗ 19 по управлению вывода из КС, третьим входом - с выходом ВПД 1, а выходами, связанными со входом штатной системы управления 21 и со входом блока 20 возврата в исходный режим полета ЛА, третий вход которого связан с выходом ВПД 1, третий выход блока прогноза движения ЛА 10 соединен с первым входом блока определения приближения к эксплуатационным ограничениям 22, второй вход его связан с БЗ по эксплуатационным ограничениям 25, выход блока 22 связан с первым входом блока формирования подсказки экипажу 24, второй вход его соединен с БЗ по управлению по недопущению выхода за ограничения 23, а выход его связан с индикатором на приборной доске 26.ABC of flight safety of an aircraft includes state sensors of on-board systems connected to a standard control system 21, a calculator of aircraft motion parameters 1. The first ES 2 is made with a computing unit 6 for determining flight modes, the first input connected to the base station 7 according to the signs of aircraft movement, and the second input connected with the calculator of the motion parameters (VPD) of the aircraft 1, and the output connected to the first input of the second ES 3. The second ES 3 is made with a block 8 for choosing the mathematical model of the flight of the aircraft, the second input connected to the BZ 9 according to the mathematical mode for the flight of the aircraft, the third input - with the output of the VPD 1, and the output connected to the first input of the forecast unit 10 for the time t 0 of the third ES 4, the second input - with the output of the VPD 1; the first output is connected to the KS determination unit 11, the second is connected to the comparison unit 16, the second input of the KS determination unit 11 is connected to the BZ by critical parameter 12, the third input is connected to the BZ by the KS 13. The output of the KS 11 determination unit is connected to a switch with two outputs 14, the first - by the signal "Yes" is connected to the input of the motion forecast block to prevent the COP 15, and the second - by the signal "No" is connected to the first input of the block 20 return to the initial flight mode. The output of the comparison unit 16 is connected to the input of the block 17 for determining the moment of blocking the regular control system of the aircraft with the output associated with the first input of the control unit 18 at the output of the fourth ES 5 from the CS, the second input connected to the БЗ 19 for controlling the output from the CS, the third input with the output of the VPD 1, and the outputs associated with the input of the standard control system 21 and with the input of the block 20 return to the initial flight mode of the aircraft, the third input of which is connected with the output of the VPD 1, the third output of the block of the motion forecast aircraft 10 is connected to the first input of the approximation determination unit operating restrictions 22, its second input is connected to the control unit according to operational restrictions 25, the output of block 22 is connected to the first input of the prompting unit for the crew 24, its second input is connected to the control unit to prevent exceeding restrictions 23, and its output is connected with indicator on the dashboard 26.
Система работает следующим образом.The system operates as follows.
АВС система обеспечения безопасности полета основана на логике работы летчика-инструктора. В системе определяются моменты времени, когда без вмешательства в управление системой невозможно предотвратить катастрофу, что достигается проведением на борту параллельного моделирования по прогнозу возможности появления КС и оценки возможности ее предотвращения. Система заменяет эксперта-оператора при решении задачи по автоматическому управлению для предотвращения катастрофы (КС), вызванной умышленными или ошибочными действиями по управлению из кабины экипажа. Для этого введены операции:ABC flight safety system is based on the logic of the pilot-instructor. The system determines the time moments when it is impossible to prevent a catastrophe without intervening in the management of the system, which is achieved by conducting on-board simulations to predict the possibility of a CS and assessing the possibility of preventing it. The system replaces the expert operator when solving the automatic control problem to prevent a catastrophe (CS) caused by deliberate or erroneous control actions from the cockpit. To do this, the following operations are introduced:
- параллельного моделирования по прогнозу движения ЛА при фактическом положении рычагов управления и по прогнозу движения ЛА при управлении с целью недопущения КС, если они прогнозируются при фактическом положении рычагов управления;- parallel modeling according to the forecast of the movement of the aircraft with the actual position of the control levers and according to the forecast of the movement of the aircraft during the control to prevent CS, if they are predicted with the actual position of the control levers;
- инженерного анализа по определению на каждом режиме неправильных действий экипажа, приводящих к появлению КС.- engineering analysis to determine on each mode the crew’s improper actions, leading to the appearance of a CS.
Структура системы защиты самолета должна обеспечить следующие операции экспертной системы.The structure of the aircraft protection system should provide the following expert system operations.
1. Определение вида режима - Ri и времени прогноза tпрогн i.1. Determining the type of mode - R i and the forecast time t prog i .
2. Определение для режима Ri перечня возможных для него КС, критических параметров - Хi крит для каждой КС и запаса по критическому параметру - Хкрит без, который нельзя превысить в целях безопасности. При этом используются также данные о координатах ВС, полученные из ПНО самолета, и цифровая карта местности для определения безопасной высоты полета над местностью и объектами на земле.2. Determination for the regime R i of the list of possible COPs, critical parameters - X i crit for each COP and the margin of the critical parameter - X crit without , which cannot be exceeded for security purposes. In addition, data on the coordinates of the aircraft obtained from the aircraft’s PNO and a digital terrain map are used to determine the safe altitude above the terrain and objects on the ground.
3. Определение наличия КС и ее конкретного вида КСпрогн i, который появляется при прогнозе движения для режима Ri.3. Determination of the presence of a CS and its specific type of CS prog i , which appears during the motion forecast for the R i mode.
4. Определение вида управления uнед для КСпрогн i, которое обеспечит недопущение данного вида КС.4. Determination of the type of control u week for the CS prog i , which will ensure the prevention of this type of CS.
5. Формирование управления uвыв для вывода ВС на исходный штатный режим полета.5. The formation of control u vyv to bring the aircraft to its original normal flight mode.
6. Формирование автоматического управления полета в зону определенного УВД аэродрома и выполнение захода и посадки - uаэр.6. Formation of automatic flight control in the area of a certain ATC of the aerodrome and landing and landing - u aer .
Для решения перечисленных задач используются следующие базы знаний:The following knowledge bases are used to solve the above problems:
- БЗ1 - по типам режимов, их признакам и tпрогн (7);- BZ 1 - by types of modes, their features and t prog (7);
- БЗ2 - по математическим моделям (9);- BZ 2 - according to mathematical models (9);
- БЗ3 - по катастрофическим ситуациям (виды КС, критические параметры, признаки, управление по недопущению КС) (13);- BZ 3 - for catastrophic situations (types of CS, critical parameters, signs, management to prevent CS) (13);
- БЗ4 - по виду управления по выводу из КС (19);- BZ 4 - by type of control for withdrawal from the COP (19);
- БЗ5 - по управлению по КС (12).- BZ 5 - for management of the COP (12).
Параллельное моделирование ведется в течение всего полета через заданные для каждого этапа полета промежутки времени Δt на заданное время Тпрогн. Если при прогнозе, начинающемся с какого-то времени tп за (t0=tп) время Тпрогн, прогнозируется наступление КС, с этого момента начинается моделирование по прогнозу движения самолета с управлением, обеспечивающим недопущение появления КС. Таким образом, в случае прогноза КС ведется два вида моделирования - по прогнозу движения при фактическом положении органов управления и по прогнозу движения при управлении по предотвращению КС. Уравнение, описывающее движение самолета на рассматриваемом режиме полета, имеет видParallel modeling is carried out throughout the flight at the time intervals Δt specified for each stage of the flight for a given time T prog . If, with a forecast starting at some time t p for (t 0 = tп) time T prog , the onset of the aircraft is predicted, from this moment the simulation begins to predict the movement of the aircraft with control to prevent the occurrence of the aircraft. Thus, in the case of the forecast of KS, two types of modeling are carried out - according to the forecast of movement in the actual position of the governing bodies and according to the forecast of movement during management to prevent the KS. The equation describing the movement of the aircraft in the considered flight mode has the form
где Х - вектор параметров движения,where X is the vector of motion parameters,
U - вектор параметров управления,U is the vector of control parameters,
F - вектор внешних возмущений.F is the vector of external disturbances.
Моделирование ведется по прогнозу начиная с момента времени tп. Тогда, подставив в уравнение 1.1 значения параметров X, U, f, измеряемые в этот момент времени, получим:Modeling is carried out according to the forecast starting at time t p . Then, substituting in equation 1.1 the values of the parameters X, U, f, measured at this point in time, we obtain:
Это неравенство объясняется всегда существующей неполнотой адекватности математической модели реальному самолету. Чтобы добиться равенства правой и левой частей уравнения 1.1 в момент времени tп при подстановке в него измеренных параметров, необходимо корректировать его правую часть, чтобы неравенство 1.2 превратилось в равенство. Для этого найдем функцию φ(X, U, f), удовлетворяющую равенствуThis inequality is explained by the always incomplete adequacy of the mathematical model to a real aircraft. In order to achieve equality of the right and left sides of equation 1.1 at time t p when substituting the measured parameters into it, it is necessary to correct its right side so that inequality 1.2 turns into equality. To do this, we find a function φ (X, U, f) satisfying the equality
Подставив t=tп в уравнение 1.1, получимSubstituting t = t p in equation 1.1, we obtain
Для этого введем обозначенияTo do this, we introduce the notation
Подставив эти выражения в уравнение 1.1, получим с учетом выражения для функции φ:Substituting these expressions in equation 1.1, we obtain, taking into account the expressions for the function φ:
В результате параллельное моделирование выполняется следующим образом.As a result, parallel modeling is performed as follows.
1. Прогнозируется движение самолета начиная с момента времени tп. Для этого в уравнение 1.4 подставляется1. Predicted movement of the aircraft starting at time t p To do this, substitute equation 1.4
и вычисляется параметр ΔX(t-tп) на промежутке времени tп÷(tп+tпрогн). Если анализ изменения параметров движения Х покажет, что на рассматриваемом промежутке времени нет КС, моделирование при условиях 1.5 повторяется начиная с времени t=tп+Δt, здесь Δt - промежуток времени, через который повторяется прогноз.and the parameter ΔX (tt p ) is calculated over the time interval t p ÷ (t p + t prog ). If the analysis of the change in the motion parameters X shows that there is no CS in the considered time interval, the simulation under conditions 1.5 is repeated starting from the time t = t p + Δt, here Δt is the time interval through which the forecast is repeated.
Если на промежутке времени tп÷(tп+tпрогн) прогнозируеся КС, то начиная с момента tп выполняется моделирование по прогнозу движения самолета при реализации управления по предотвращению появления КС. В этом случае в уравнение 1.4 подставляется:If at the time interval t p ÷ (t p + t prog ) the CS is predicted, then starting from the moment t p , modeling is carried out to predict the movement of the aircraft when implementing the control to prevent the appearance of the CS. In this case, in equation 1.4 is substituted:
КС характеризуется превышением критического параметра Xi значения Xi крит. Тогда, если моделирование при условии 1.6 характеризуется непревышением заданного запаса по критическому параметру ΔХкрит, т.е. неравенствомKS is characterized by the excess of the critical parameter X i value X i crit . Then, if the simulation under condition 1.6 is characterized by not exceeding the specified margin in the critical parameter ΔX crit , i.e. inequality
то параллельное моделирование повторяется через промежуток времени Δt до тех пор, пока не будет достигнуто равенствоthen the parallel simulation is repeated after a period of time Δt until the equality is reached
В этот момент должно блокироваться управление из кабины экипажа и переходить к схеме автоматического управления. Критические параметры - угол атаки α и вертикальная перегрузка ny.At this moment, control from the cockpit should be blocked and go to the automatic control scheme. The critical parameters are the angle of attack α and the vertical overload n y .
Способ параллельного моделирования позволяет спрогнозировать наступление КС при фактическом положении рычагов управления, выбрать вид управления по предотвращению КС и определить момент времени, когда надо принудительно реализовать это управление для вывода из опасного режима с минимально допустимым из условий безопасности запасом по критическому параметру. При этом пилоту дается время с момента начала прогноза возникновения КС до момента блокировки управления на пилотирование самолетом.The parallel simulation method allows predicting the occurrence of the control system at the actual position of the control levers, select the type of control to prevent the control system, and determine the time when it is necessary to forcefully implement this control to exit the dangerous mode with the margin of the critical parameter that is minimally acceptable from the safety conditions. At the same time, the pilot is given time from the moment the forecast for the occurrence of the SC begins until the control locks on piloting the aircraft.
Для определения прогноза состояния и возможностей возникновения КС системыTo determine the prediction of the state and possibilities of the occurrence of a CS system
решение проводится на заданное время tп, которое различно для разных режимов. Если при t≤tп появляются условия Х>ХКС, где ХКС условия наступления КС, значения которых поступают из БЗ 12-13 (ЭС4), то начинается следующий цикл (этап) решения уравнения 1.1.the solution is carried out for a given time t p , which is different for different modes. If at t≤t p conditions X> X KS appear, where X KS are the conditions for the onset of KS, the values of which come from BZ 12-13 (ES4), then the next cycle (stage) of solving equation 1.1 begins.
В систему 
при этом оценивается возможность вывода из КС. В момент, когда 
В момент времени, когда 
Когда указанные циклы повторяются трижды, то реализуется новый цикл - включение автомата вывода из КС (ЭС5) и блока 20 - возврата в исходный режим полета.When these cycles are repeated three times, a new cycle is implemented - the inclusion of an automatic output from the CS (ES5) and block 20 - return to the original flight mode.
Логика работы системы использует последовательность задач, решаемых АВС.The logic of the system uses a sequence of tasks solved by ABC.
1. Непрерывное определение типа режима, на котором находится самолет, на основе базы знаний по видам штатных и нештатных режимов и их признаков.1. Continuous determination of the type of regime on which the aircraft is based on the knowledge base on the types of regular and emergency modes and their signs.
2. По типу режима на основе баз знаний по уравнениям движения и требуемому участку времени прогноза tпрогн определяются необходимые для данного режима математическая модель движения и tпрогн.2. According to the type of mode, based on the knowledge bases of the equations of motion and the required section of the forecast time t prog , the mathematical model of motion necessary for this mode and t prog are determined.
3. Непрерывное моделирование по прогнозу движения самолета при фактических положениях органов управления и состоянии систем на заданном промежутке времени tпрогн.3. Continuous modeling according to the forecast of the movement of the aircraft at the actual positions of the controls and the state of the systems for a given period of time t prog .
4. По типу режима на основе базы знаний, по видам катастрофических ситуаций и базы данных, по цифровой карте местности определяются: набор КС и их признаков для данного режима; критический параметр Хкрит для каждой КС, превышение которого приводит к возникновению КС, и запас по критическому параметру Хкрит без, который рекомендуется не превышать в целях безопасности. Введение параметра Хкрит без диктуется тем, что управление по предотвращению КС следовало бы начинать сразу, как только при прогнозе движения самолета на время Хпрогн. прогнозируется наступление КС. Это вполне справедливо для ряда ситуаций, например сваливание, штопор, пожар. Однако в ряде случаев летчику необходимо дать возможность управлять самолетом, даже если прогнозируется КС, но есть возможность предотвратить ее наступление при завершении маневра, например при предотвращении столкновения с другим ЛА, с землей, уходе от зоны сдвига ветра или молниеопасной зоны и др. Эти соображения должны приниматься при выборе фиксированного Хкрит без или же за Хкрит без принимать его фактическое значение.4. By the type of regime based on the knowledge base, by types of catastrophic situations and the database, on a digital map of the area are determined: a set of CS and their signs for this regime; the critical parameter X crit for each KS, the excess of which leads to the emergence of the KS, and the margin of the critical parameter X crit without , which is recommended not to exceed for security purposes. The introduction of the parameter X crit without dictated by the fact that the control on the prevention of COP should start immediately, as soon as the forecast of the movement of the aircraft at the time of X prog. the onset of the COP is predicted. This is quite true for a number of situations, such as stall, corkscrew, fire. However, in some cases, the pilot must be given the opportunity to control the aircraft, even if the aircraft is predicted, but it is possible to prevent its occurrence at the end of the maneuver, for example, when preventing collision with another aircraft, with the ground, moving away from the wind shear zone or lightning hazard zone, etc. These considerations should be taken when choosing a fixed X crit without or for X crit without taking its actual value.
5. Если при выполнении операции 3 на промежутке Хпрогн на основе данных по п.4 прогнозируется наступление КС, то для данного вида КС из базы данных по видам управления по недопущению КС выбирается вид управления для данного вида КС и начинается непрерывное моделирование по прогнозу движения самолета при реализации выбранного вида управления по недопущению КС.5. If during the execution of operation 3 on the interval X progn, based on the data according to claim 4, the onset of the KS is predicted, then for this type of the KS from the database for the types of control to prevent the KS, the type of control for this type of KS is selected and continuous modeling based on the forecast of movement begins aircraft when implementing the selected type of control to prevent the COP.
6. В процессе моделирования по п.п.3 и 5 оценивается запас по критическому параметру ΔХ. В тот момент, когда ΔX=ΔХкрит без, должна осуществляться блокировка управления в кабине экипажа и переход на автоматическое управление по командам рассматриваемой системы.6. In the modeling process according to items 3 and 5, the margin is estimated by the critical parameter ΔX. At the moment when ΔX = ΔX crit without , control blocking in the cockpit and the transition to automatic control by commands of the system in question should be carried out.
7. Автоматическое управление самолетом по командам системы, реализующей управление по предотвращению КС и по выводу самолета в исходный режим.7. Automatic control of the aircraft by the commands of a system that implements control to prevent CS and to return the aircraft to its original mode.
8. Блокировка управления из кабины экипажа и реализация автоматизированного захода и посадки самолета на ближайший аэродром, выбранный на основе соответствующей базы данных или заданный с наземного пункта УВД. Этот режим включается при условиях, когда должна обеспечиваться посадка на аэродром не ниже II категории ИКАО. Рассматривается автономный вариант автоматизированной посадки, когда полет по маршруту, снижение, полет в зоне аэродрома и посадка осуществляются системой автоматического управления самолетом.8. Control blocking from the cockpit and the implementation of automated approach and landing of the aircraft at the nearest airfield, selected on the basis of the appropriate database or specified from the air traffic control ground station. This mode is activated under conditions when landing at an aerodrome of at least ICAO category II should be provided. A stand-alone version of an automated landing is considered when flight along a route, descent, flight in the aerodrome zone and landing are carried out by an automatic control system for the aircraft.
9. Блокировка управления предполагает варианты реализации этой функции: стопорение рычагов управления; отключение электрических сигналов, пропорциональных отклонению рычагов управления; суммирование этих сигналов с сигналами противоположного знака; блокировка защитных колпаков над тумблерами и т.д.9. Lock control implies options for the implementation of this function: locking control levers; disabling electrical signals proportional to the deviation of the control levers; summing these signals with signals of the opposite sign; locking of protective caps over toggle switches, etc.
При установке рассматриваемой системы на самолет штатное исполнение некоторых каналов управления не сможет обеспечить предотвращение катастрофической ситуации. Даже при блокировании этих каналов управления в соответствии с логикой п.п.1-6 могут произойти необратимые события, которые не смогут быть парированы предлагаемой системой. Например, если на взлете после отрыва перекрыть топливные краны всех двигателей, двигатели будут выключены и катастрофа неизбежна, так как для их запуска требуется определенное время, за которое самолет столкнется с землей. Точно также, например, должны блокироваться сигналы управления для начала взлета (увеличение тяги двигателей, отпуск тормозов), если вес или центровка самолета, или уровень обледенения частей самолета или ВПП не обеспечит безопасный взлет. Поэтому при установке предлагаемой системы такие каналы управления выполняются дистанционными с задержкой исполнения управляющей команды на время, необходимое БЦВМ реализовать циклы в соответствии с п.п.1-6.When installing the system in question on an aircraft, the standard performance of some control channels will not be able to prevent a catastrophic situation. Even when these control channels are blocked in accordance with the logic of items 1-6, irreversible events can occur that cannot be countered by the proposed system. For example, if you take off the fuel valves of all engines on takeoff after taking off, the engines will be turned off and a catastrophe is unavoidable, since it takes a certain time for them to start to run before the plane hits the ground. Likewise, for example, control signals must be blocked to take off (increase in engine thrust, brake release) if the weight or alignment of the aircraft, or the level of icing of parts of the aircraft or runway, does not provide a safe take-off. Therefore, when installing the proposed system, such control channels are remote with a delay in the execution of the control command for the time required by the digital computer to implement the cycles in accordance with items 1-6.
10. Связь с наземным пунктом УВД требует реализации радиокомандной линии связи для выполнения следующих функций:10. Communication with a ground-based ATC point requires the implementation of a radio command communication line to perform the following functions:
командные сигналы с наземного пункта УВД:command signals from a ground-based ATC point:
- команда на блокировку управления из кабины экипажа и выполнение автоматической посадки на ближайший аэродром;- a command to lock control from the cockpit and perform an automatic landing at the nearest airfield;
- указание аэродрома посадки;- an indication of the landing aerodrome;
- смена эшелона;- change of level;
- уклонение от столкновения;- avoidance of collision;
- указание ВПП;- runway indication;
- уход на второй круг.- leaving for the second round.
Как дополнительный вариант (в п.7) может рассматриваться передача на борт самолета командных сигналов на выполнение отдельных режимов.As an additional option (in clause 7), transmission of command signals on board an aircraft for the execution of individual modes can be considered.
Работа рассматриваемой системы, являющейся экспертной системой, является работой не по жестким алгоритмам (как система автоматического управления), а работой по алгоритмам, выбираемым по определенным правилам из базы знаний. Система этих правил и базы знаний строится на основе знаний экспертов. Система защиты самолета от ошибочных управляющих действий из кабины экипажа строится на использовании баз знаний 7, 9, 12, 13, 19.The work of the system under consideration, which is an expert system, is not work according to strict algorithms (like an automatic control system), but work according to algorithms selected according to certain rules from the knowledge base. The system of these rules and the knowledge base is based on expert knowledge. The aircraft protection system from erroneous control actions from the cockpit is based on the use of knowledge bases 7, 9, 12, 13, 19.
База знаний по признакам режима полета (7).The knowledge base on the signs of flight mode (7).
Виды режимов включают как типовые режимы (взлет, набор высоты, снижение, крейсерский режим, разворот, полет по кругу, заход на посадку, посадка), так и нештатные (полет с отказавшими одним или несколькими двигателями; полет с отказавшими системами; полет в условиях обледенения, сильного дождя, сдвига ветра; сваливание; штопор; полет при пожаре на борту; полет при нештатной конфигурации; автоматическое сопровождение с использованием цифровых карт местности).The types of modes include both standard modes (take-off, climb, descent, cruising, turning, flying in a circle, approach, landing), and emergency (flight with one or more engines that failed; flight with failed systems; flight in conditions icing, heavy rain, wind shear; stall; corkscrew; flight in case of fire on board; flight in case of emergency configuration; automatic tracking using digital terrain maps).
Для каждого типа режима определяются характеризующие признаки (параметры движения, параметры управления, конфигурация, состояние двигателей и систем самолета, внешние возмущения).Characteristic features (motion parameters, control parameters, configuration, condition of engines and aircraft systems, external disturbances) are determined for each type of mode.
Для каждого режима определяется время моделирования для прогноза движения при фактическом положении органов управления и прогноза движения по выводу из катастрофической ситуации tпрогн. Это время определяется для каждого вида режима по времени, необходимому для вывода из катастрофических ситуаций, возможных для данного режима, и по управлению, которое приводит к катастрофической ситуации. Например, для крейсерского режима tпрогн будет разное для случая полного отклонения руля высоты и для случая торможения после уборки газа всех двигателей при сохранении высоты.For each mode, the simulation time is determined for the motion forecast for the actual position of the controls and the motion forecast for the conclusion from the catastrophic situation t prog . This time is determined for each type of regime according to the time necessary to get out of catastrophic situations possible for this regime, and by the control that leads to a catastrophic situation. For example, for cruising mode t, the prog will be different for the case of a complete deviation of the elevator and for the case of braking after gas cleaning of all engines while maintaining the altitude.
База знаний по математическим моделям ЛА (9).Knowledge base on mathematical models of aircraft (9).
Модели выбираются по следующим признакам: вес и центровка, конфигурация, скорость, высота, углы атаки и скольжения, число Маха, режимы работы двигателей, состояние ВПП, уровень обледенения. Идеальным случаем такой базы знаний является математическая модель для комплексного тренажера, дополненная расширением параметров до уровня катастрофических ситуаций.Models are selected according to the following criteria: weight and alignment, configuration, speed, height, angle of attack and slip, Mach number, engine operating conditions, runway status, icing level. The ideal case of such a knowledge base is a mathematical model for a complex simulator, supplemented by expanding the parameters to the level of catastrophic situations.
База знаний по катастрофическим ситуациям (13).The knowledge base for catastrophic situations (13).
Для каждого режима составляется перечень катастрофических ситуаций, которые могут появиться вследствие ошибочных (неумышленных или умышленных) управляющих действий из кабины экипажа. При этом рассматриваются управляющие действия как при выполнении штатных режимов полета, так и нештатных режимов (с отказами силовой установки и систем самолета, при разгерметизации, пожаре, обледенении, сдвиге ветра, сильном дожде, опасном сближении с другим самолетом и др.).For each mode, a list of catastrophic situations is compiled that may appear as a result of erroneous (unintentional or intentional) control actions from the cockpit. At the same time, control actions are considered both when performing normal flight modes and emergency modes (with failures of the power plant and aircraft systems, during depressurization, fire, icing, wind shear, heavy rain, dangerous proximity with another aircraft, etc.).
База знаний по КС, возможным для каждого этапа полета, включает в себя базы знаний по перечню КС и рекомендуемому из соображений безопасности минимально допустимому запасу по критическому параметру при предотвращении КС.The knowledge base on the CA, possible for each stage of the flight, includes the knowledge base on the list of the CA and the recommended minimum safety margin for the critical parameter recommended for safety reasons while preventing the CA.
База знаний по перечню катастрофических ситуаций для каждого режима полета формируется на основе следующих фрагментов:The knowledge base for the list of catastrophic situations for each flight mode is formed on the basis of the following fragments:
- анализа статистики летных происшествий;- analysis of flight accident statistics;
- инженерного анализа по выявлению возможных отказов самолетных систем и силовой установки, выполняемых при сертификации самолета;- engineering analysis to identify possible failures of aircraft systems and power plants performed during aircraft certification;
- инженерного анализа по выявлению возможных ошибочных действий по управлению из кабины экипажа, приводящих к катастрофической ситуации.- engineering analysis to identify possible erroneous control actions from the cockpit, leading to a catastrophic situation.
База знаний по признакам КС формируется для КС каждого режима полета следующим образом. В первую очередь в перечень признаков каждой КС входит критический параметр и его контрольное значение. Далее в зависимости от режима полета и вида КС в указанный перечень входят: параметры управления, конфигурация, вес, центровка, факт отказного состояния систем самолета, внешние возмущения (ветер, обледенение, молния и т.д.), определенные параметры движения (например, угол атаки при попадании в штопор), рельеф местности, параметры полета самолета, с которыми возможно опасное сближение и др.A knowledge base based on the attributes of the spacecraft is formed for the spacecraft of each flight mode as follows. First of all, the list of features of each CS includes a critical parameter and its control value. Further, depending on the flight mode and the type of CS, the specified list includes: control parameters, configuration, weight, alignment, the fact of failure of the aircraft systems, external disturbances (wind, icing, lightning, etc.), certain motion parameters (for example, angle of attack when falling into a tailspin), terrain, flight parameters of the aircraft, with which a dangerous approach is possible, etc.
База знаний по критическому параметру КС формируется на основе определения параметра, превышение (или уменьшение) которого приводит к разрушению самолета при рассмотрении каждого конкретного случая наступления КС. Разрушение самолета может быть связано:The knowledge base on the critical parameter of the CS is formed on the basis of determining the parameter, the excess (or decrease) of which leads to the destruction of the aircraft when considering each specific case of the occurrence of the CS. The destruction of the aircraft may be due to:
- с превышением расчетной по прочности нагрузки (в этом случае критическими параметрами могут быть приборная скорость, вертикальная и боковая перегрузки);- exceeding the load calculated for strength (in this case, the critical parameters may be the instrument speed, vertical and lateral overloads);
- с ударом самолета о землю (в этом случае критический параметр - высота полета или же, если полет происходит над городом или одиночными объектами, то в качестве критического параметра может быть взята высота над безопасным уровнем полета над городом или этими объектами);- with a plane crashing to the ground (in this case, the critical parameter is the flight altitude, or if the flight is above the city or single objects, then the altitude above the safe level of flight above the city or these objects can be taken as a critical parameter);
- с пожаром (в этом случае критический параметр - время пожара);- with fire (in this case, the critical parameter is the time of the fire);
- с превышением взлетного веса и пределов центровки;- with excess take-off weight and centering limits;
- с неправильной конфигурацией, например посадкой с убранными шасси;- with the wrong configuration, for example, landing with retracted chassis;
- с отказом всех двигателей из-за отсутствия топлива или удара молнии;- with the failure of all engines due to lack of fuel or lightning strike;
- с попаданием в штопор;- falling into a tailspin;
- с столкновением с другим летательным аппаратом.- with a collision with another aircraft.
База знаний по виду управления вывода из катастрофической ситуации (19).A knowledge base by the type of management of the conclusion from a catastrophic situation (19).
При этом имеется ввиду управление, позволяющее как можно быстрее предотвратить приближение критического параметра к его контрольному значению и вывести самолет в исходный штатный режим полета. Вывод самолета в исходный режим после предотвращения наступления КС сложности не представляет и решается на основе алгоритмов штатной системы автоматического управления. Определение вида управления по предотвращению КС осуществляется следующими способами:At the same time, this means control that allows you to prevent the critical parameter from approaching its control value as quickly as possible and bring the aircraft to its original normal flight mode. The aircraft recovery to the initial mode after preventing the onset of the CS is not difficult and is solved on the basis of the algorithms of the standard automatic control system. Determining the type of control to prevent CS is carried out in the following ways:
- определение оптимального управления, что требует больших усилий и не всегда может быть реализовано;- determination of optimal control, which requires great efforts and can not always be implemented;
- определение рациональной стратегии управления на основе математического моделирования, полетов на пилотажных стендах и тренажерах, летных испытаний;- determination of a rational management strategy based on mathematical modeling, flight on aerobatic stands and flight simulators, flight tests;
- использование существующих баз знаний (например, использование базы знаний по методам вывода из штопора в зависимости от вида штопора);- the use of existing knowledge bases (for example, the use of a knowledge base on methods of withdrawing from a corkscrew, depending on the type of corkscrew);
- результаты инженерного анализа, которые касаются, в основном, разовых команд управления (например, команды на своевременное изменение конфигурации).- results of engineering analysis, which relate mainly to one-time control commands (for example, commands for timely configuration changes).
Организация решения задач в многозадачном программном комплексе АВС предполагает определение последовательности решения задач с их зацикливанием для однотипных информационных режимов, хранение и передачу информации между устройствами памяти и процессорами. Система работает в реальном масштабе времени.Organization of problem solving in the ABC multitasking software package involves determining the sequence of problem solving with their loops for the same information modes, storage and transmission of information between memory devices and processors. The system works in real time.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007110974/11A RU2339547C9 (en) | 2007-03-27 | 2007-03-27 | Automated high-intelligent system for aircraft flight safety providing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007110974/11A RU2339547C9 (en) | 2007-03-27 | 2007-03-27 | Automated high-intelligent system for aircraft flight safety providing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2339547C1 true RU2339547C1 (en) | 2008-11-27 |
| RU2339547C9 RU2339547C9 (en) | 2009-01-20 |
Family
ID=40193111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007110974/11A RU2339547C9 (en) | 2007-03-27 | 2007-03-27 | Automated high-intelligent system for aircraft flight safety providing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2339547C9 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2474867C1 (en) * | 2011-06-21 | 2013-02-10 | Виктор Владимирович Кашковский | Information and aeronautical equipment control complex system |
| RU2487389C2 (en) * | 2011-06-27 | 2013-07-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г.Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Apparatus for detecting faults in standby system |
| RU2542746C2 (en) * | 2013-01-09 | 2015-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Method for continuous monitoring of integrity of aircraft at all flight phases thereof |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8841898B2 (en) * | 2011-10-25 | 2014-09-23 | The Boeing Company | Method and apparatus for detecting a lightning strike |
| FR2990547B1 (en) * | 2012-05-11 | 2014-06-20 | Thales Sa | CENTRALIZED PARAMETRABLE MAINTENANCE SYSTEM FOR AN AIRCRAFT |
| RU2598130C1 (en) * | 2015-07-06 | 2016-09-20 | Василий Васильевич Ефанов | Smart crew support system |
-
2007
- 2007-03-27 RU RU2007110974/11A patent/RU2339547C9/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2474867C1 (en) * | 2011-06-21 | 2013-02-10 | Виктор Владимирович Кашковский | Information and aeronautical equipment control complex system |
| RU2487389C2 (en) * | 2011-06-27 | 2013-07-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г.Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Apparatus for detecting faults in standby system |
| RU2542746C2 (en) * | 2013-01-09 | 2015-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Method for continuous monitoring of integrity of aircraft at all flight phases thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2339547C9 (en) | 2009-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2388663C1 (en) | Computer-aided highly smart system (cahss) to ensure aircraft flight safety | |
| RU2634502C2 (en) | Method and device for traffic control at aerodrome | |
| Wiener | Cockpit automation | |
| RU2339547C1 (en) | Automated high-intelligent system for aircraft flight safety providing | |
| US20170013061A1 (en) | Method for integrating a new service into an avionics onboard system with open architecture of client-server type, in particular for an fim manoeuvre service | |
| RU2541902C2 (en) | Intelligent system of crew support | |
| Tang | Analysis and improvement of traffic alert and collision avoidance system | |
| CN108717300B (en) | Auxiliary monitoring device in flight control system | |
| Wiener | Fallible humans and vulnerable systems: lessons learned from aviation | |
| RU2370416C1 (en) | Automated system for manned aircraft flight safety provision | |
| Arinicheva et al. | Objectification of subjective estimation of abnormal cases danger in air traffic control | |
| RU2114456C1 (en) | Method and device for avoiding critical operation modes of operator-object system | |
| Hryshchenko et al. | Suggestions of the improvement of the quality of flight during landing and missed approach/go around maneuver | |
| Tarnowski et al. | Integrating human factors and automation with progress in aircraft design and flight management | |
| Mosier | The human in flight: From kinesthetic sense to cognitive sensibility | |
| Skorupski | About the need of a new look at safety as a goal and constraint in air traffic management | |
| Sheridan et al. | A review of human-automation interaction failures and lessons learned | |
| Sherry et al. | Anatomy of a No-Equipment-Failed (NEF) ICNS System Malfunction: The Case of Singapore Airlines SQ-327 Runway Excursion | |
| RU2770996C1 (en) | Intellectual support block | |
| Burdun et al. | Fuzzy situational tree-networks for intelligent flight support | |
| Bashatah et al. | Model‐Based Analysis of Standard Operating Procedures' Role in Abnormal and Emergency Events | |
| RU2376645C1 (en) | Method of preventing collision of airplanes and helicopters with terrain features and device based on said method | |
| RU2228885C2 (en) | System of protection of aircraft against mishandling and intentional actions resulting in accident | |
| Chiotti | Modeling air accident investigation methodologies, from the technical factor to the human factor | |
| Russo | Analysis of an Aeronautical Database and Correlation with Single Pilot Operations |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TH4A | Reissue of patent specification | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20120827 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150328 |