Системы воздушных судов

Введение

Одним из наиболее перспективных направлений развития гражданской авиации является переход на технологию эксплуатации воздушных судов (ВС) по их техническому состоянию. Такой переход должен позволить:
- сократить затраты на эксплуатацию;
- своевременно диагностировать и предотвращать дефекты и неисправности;
- принимать обоснованные решения относительно возможности дальнейшего использования конкретного воздушного судна;
- повысить надёжность и безопасность полётов.
Переход к эксплуатации воздушных судов по техническому состоянию предполагает переход от традиционно используемых среднестатистических показателей надёжности авиационных систем к индивидуальным оценкам их технического состояния. Несмотря на привлекательность системы эксплуатации воздушных судов по техническому состоянию её широкое использование до последнего времени сдерживалось наличием как практических, так и теоретических препятствий.
Главным практическим препятствием являлось отсутствие систем объективного контроля, способных обеспечивать непрерывное слежение (мониторинг) за состоянием систем воздушных судов в течение всего периода их эксплуатации. Появление таких систем, одна из важнейших функций которых – формирование наращиваемой в процессе эксплуатации базы данных полётной информации, создаёт необходимую информационную основу для перехода к эксплуатации ВС по техническому  состоянию.
Главным теоретическим препятствием на пути широкого использования метода эксплуатации ВС по их техническому состоянию в части контроля этого состояния являлось отсутствие обоснованных критериев оценки технического состояния ВС и его систем и алгоритмов их определения.
В процессе создания, экспериментальной отработки и последующей штатной эксплуатации любых технических систем (и особенно авиационно-космических) проводится непрерывный мониторинг их состояния с привлечением разнообразных средств объективного контроля. Эта информация, после ее соответствующей обработки, позволяет выявить статистические закономерности, присущие воздействующим на систему возмущающим факторам. Объем этой информации, как правило, существенно ограничен, что делает практически невозможным построение полностью адекватной статистической модели неконтролируемых факторов.
В этой ситуации представляет интерес использование доверительного подхода, который позволяет учесть объективно случайную природу факторов (как внешних, связанных с влиянием окружающей среды, так и внутренних, связанных с работой систем), влияющих на состояние исследуемой системы в процессе эксплуатации, но не требует привлечения полностью адекватной статистической модели, описывающей их свойства.
В связи с этим достаточно актуальным является вопрос изучения требований к выбору характерных точек траектории полета ВС и к формированию множества контролируемых параметров, о чем и пойдет речь в данной работе.

1 История развития систем контроля воздушных судов
Появление первых бортовых самописцев было связано с лётными испытаниями – с их помощью стало возможным получать экспериментальную полётную информацию и использовать её в целях доводки и совершенствования воздушных судов. В случаях авиационных происшествий и катастроф данные бортовых самописцев оказывали большую помощь при расследовании их причин.
На второй сессии отделения ИКАО по расследованию авиационных происшествий в феврале 1947 года была подтверждена ценность бортовых самописцев в расследовании авиационных происшествий и катастроф и принято соглашение о поощрении их развития и внедрения в эксплуатацию ВС.
Первые образцы самописцев - систем регистрации полётной информации представляли собой фотоконтрольные приборы, периодически снимавшие на плёнку приборную доску самолёта. В 1949 г.  в СССР на воздушных судах впервые в качестве регистраторов применили многоканальные шлейфовые электромеханические осциллографы, которые записывали 6…9 параметров полёта и фиксировали несколько разовых команд.
Первым государством, принявшим в сентябре 1957 г. постановление об обязательной установке бортовых самописцев на всех ВС с газотурбинными двигателями и взлётной массой более 5700 кг, а также на ВС с поршневыми двигателями и такой же взлётной массой, эксплуатировавшихся на высотах более 7625 м  были США. Постановлением предусматривалось, что самописцы должны обеспечивать во время всего полёта запись и хранение в течение не менее 60 суток следующих пяти наиболее важных параметров:
- времени;
- барометрической высоты;
- скорости по прибору;
- вертикального ускорения;
- курса [1].
На 4-й сессии отделения ИКАО по аэронавигации  (1965 г.)  было выражено единое мнение о необходимости: изучения опыта использования пятикомпонентных самописцев; определения типов воздушных судов, на которые они должны устанавливаться; принятия решений о способах защиты информации при катастрофах и о месте установки самописцев на воздушных судах

.  
Первоначально бортовые самописцы использовались только при расследовании причин авиационных происшествий. В СССР такие самописцы появились на борту гражданских воздушных судов в 1958 г.  Они регистрировали текущее время, высоту и скорость полёта, вертикальную компоненту перегрузки. В дальнейшем их функции были расширены и с их помощью решались следующие задачи:
- повышение безопасности полётов;
- исследование влияния человеческого фактора на надёжность и безопасность полётов;
- сбор статистических данных о функционировании систем и агрегатов с целью повышения надежности ВС [1].
Для решения этих задач регистрируемого информационного потока в пять-шесть параметров было недостаточно, поэтому в 1966 году на заседании секции Совета экономической взаимопомощи (СЭВ) стран социалистического содружества по воздушному транспорту были сформулированы требования к бортовым аварийным самописцам, составу регистрируемых параметров, наземному дешифратору. По номенклатуре регистрируемой информации было предложено выделить группы параметров, характеризующих следующие данные:
- А – траекторию полёта;
- Б – положение органов управления, интерцепторов и закрылков;
- В – состояние силовой установки;
- Г -  состояние бортовых систем;
- Д – запись речи [1].
Таким образом, в странах – членах СЭВ, включая СССР, были заложены основы современного объективного контроля ВС.   В настоящее время при использовании средств объективного контроля ВС регистрируются параметры, позволяющие контролировать:
- режимы полёта;
- выполнение правил эксплуатации ВС;
- работоспособность авиационной техники;
- работоспособность бортовых средств сбора полётной информации [1].
Cамописцы типа  I  должны регистрировать параметры, необходимые для точного определения траектории полета, скорости, пространственного положения воздушного судна, тяги двигателей, конфигурации  и  режима полёта.
Самописцы типов  II  и  IIA  должны регистрировать параметры, необходимые для точного определения траектории полета, скорости, пространственного положения воздушного судна, тяги двигателей  и положения устройств, создающих подъёмную силу и аэродинамическое сопротивление.
Продолжительность записи самописцев типов  I  и  II  должна быть не менее последних 25 часов, а  типа   IIA  -  не менее последних 30 минут.  Все самолеты с сертифицированной взлетной массой более 27000 кг должны оснащаться самописцами типа  I.  Самописцы типа  II должны устанавливаться на самолеты с максимальной сертифицированной массой от 5200 до 27000 кг, а самописцы типа IIA  -  на самолеты с взлетной массой менее 5200 кг.
Отечественные системы МСРП-64  и  МАРС-БМ, созданные по рекомендациям  ГосНИИ ГА в 1967 году отвечают приведенным выше требованиям ИКАО.
На сессии ИКАО в 1986 г. обсуждалась проблема оценивания летной годности воздушных судов, связанная с изменениями в процессе эксплуатации:
- лётно-технических характеристик;
- характеристик устойчивости и управляемости ВС [1].
При этом было отмечено различие характеристик устойчивости и управляемости ВС одного типа. В этой связи в состав функций, выполняемых системами контроля состояния воздушных судов было предложено включить проведение анализа их аэродинамического состояния. Контроль аэродинамического состояния ВС должен быть основан на использовании совокупности математических моделей, включающих:
- модель эталонного воздушного судна, учитывающую аэроупругость его конструкции;
- модель характеристик двигателей;
- модель индивидуальных особенностей воздушного судна, обусловленных:
- отклонением нивелировочных параметров от расчетных;
- наработкой двигателей;
- изменением параметров работы систем регулирования двигателей;
- ухудшением качества поверхности обшивки (изменением этого качества в зависимости от чистоты поверхностей ВС);
- несимметрией выработки топлива из баков [1].
Осуществление контроля аэродинамического состояния ВС должно позволить:
- уточнять области допустимых условий эксплуатации конкретных типов ВС;
- учитывать влияние индивидуальных особенностей ВС на его лётные характеристики [1].
Более чем тридцатилетний опыт использования средств сбора и обработки полётной информации показал их важную роль в обеспечении безопасности полётов. Поэтому в 1992 г. на заседании комиссии по аэронавигации при ИКАО обсуждался связанный с этой проблемой комплекс вопросов и для более эффективного их решения была учреждена комиссия по системам контроля ВС.
В настоящее время в зарубежных авиакомпаниях системы регистрации полетной информации в основном используются для реализации методов технического обслуживания «по состоянию»  (on condition). Созданы, внедрены и эксплуатируются на самолетах системы измерения усталости и повреждений в элементах конструкции планера, что позволяет определять фактический остаток ресурса