Владимир Живетин - Системы аэромеханического контроля критических состояний

• Название: Системы аэромеханического контроля критических состояний
• Автор: Владимир Живетин
• Жанр: Математика
• Год: 2010
• ISBN: 978-5-98664-060-0, 978-5-903140-40-4

Целью управляющих воздействий в таких аэродинамических системах, как самолет, является достижение потребных значений поля сил аэродинамического давления, определяющих его состояние во времени. В монографии представлены результаты теоретико-экспериментального метода аэромеханического контроля, включающего математические методы обработки первичной информации (перепада давления) и средств их практической реализации. Рассмотрены проблемы обеспечения безопасного полета, анализа, прогнозирования и предотвращения одной из самых опасных ситуаций полета – сваливания.

Монография предназначена для специалистов в области контроля и управления самолетом.

---

В этой ситуации наличие САК-Zh позволяет предотвратить подхват, ибо при этом реализуется контроль подъемной силы крыла Υκρ и его ограничение на необходимом уровне, даже если изменение Υκρ обусловлено увеличением угла атаки по независящим от пилота причинам (в том числе турбулентности).

Рис. 1.1

IV. 16 марта 2005 года. Потерпел авиационное происшествие самолет Ан-24 RA-46489. Международная авиационная комиссия установила, что причиной катастрофы явилось столкновение самолета с землей на заключительном этапе захода на посадку из-за выхода его на закритические углы атаки и режим сваливания на малой высоте.

Торможение самолета до скорости сваливания произошло в результате управляющих действий командира воздушного судна, обусловивших его вывод на режим полета со скольжением и сохранения этого режима в течение длительного времени (более 20 секунд) при недостаточном режиме работы двигателей и отсутствии контроля со стороны экипажа за скоростью полета.

Погрешности в показаниях таких приборов, как указатель скорости, указатель угла атаки, не позволили членам экипажа реализовать достоверный контроль параметров полета и правильное управление по выводу из сваливания.

Статистические данные попадания в режим сваливания и «штопора»

Результаты анализа статистики летных происшествий как в военной, так и в гражданской авиации указывают на возрастающую в процентном отношении долю летных происшествий, произошедших с самолетами по причине попадания в режимы сваливания и штопор.

В приведенной ниже таблице представлены материалы (статистические) за период с 15.08.1958 по 22.08.2006 гг. катастроф по причине сваливания, обусловленных различными факторами. В таблице приведены следующие сокращения:

СОП – служба организации перевозок (перегруз);

ОЭ – ошибка экипажа;

УВД – управление воздушным движением;

НВВ – неопределенное внешнее воздействие;

АО – авиационное оборудование;

ОАТ – отказ авиационной техники;

ТО – техническое обслуживание;

К – катастрофа;

П – предпосылка;

А – авария.

Сваливание отечественных самолетов в гражданской авиации 1958…2001 гг.

Продолжение таблицы

Окончание таблицы

Распределение по этапам полета летных происшествий по причинам сваливания в военной авиации

Превышение допустимой величины угла атаки αдоп:

– при подходе к верхней точке петли / косой петли;

– на нижнем участке переворота;

– при энергичном повороте на цель / посадочный курс;

– при выполнении горки и выходе из пикирования;

– на взлете;

– при посадке.

1.1.3. Основы синтеза аэромеханической системы обеспечения безопасности полета

Отметим, что, согласно данным ИКАО (Международная организация гражданской авиации), величины вероятности катастроф тяжелого коммерческого самолета следующие:

– нормативная 3·10–7 на один полет (Рн);

– целевая 1,35·10–8 на один полет (Рц).

При этом Рн = 3·10–7 – одна катастрофа на 3·107 полетов.

Факторы риска R, обусловливающие катастрофы воздушного судна, включают:

1) производственные погрешности (дефекты) исполнения силовых элементов, включающих: системы контроля и управления; системы обеспечения внутренних процессов воздушного судна ;

2) профессиональный риск экипажа воздушного судна, в том числе личного состава наземных служб, обусловленных уровнем знания характеристик воздушного судна, надежности рекомендаций по управлению им ;

3) системный риск, обусловленный недостаточным уровенем контроля и дефектами авионики, посредством которой реализуются управления состоянием воздушного судна во внешней среде ;

4) риск, обусловленный недостоверной информацией о состоянии воздушного судна и о состоянии среды, в которой протекает полет воздушного судна .

Проблема оценки вероятности риска полета самолета включает в себя оценку роли каждого фактора риска, а также оценку их суммарной величины.

Раньше при анализе риска катастроф мы шли снизу вверх. Этот путь обладает простотой, но не позволяет получить решение проблемы в целом, а только по отдельным каналам в условиях их независимости.

Однако воздушное судно – это «организм», катастрофа которого, как правило, реализуется во взаимосвязи отдельных элементов, объектов, подсистем, систем.

Для предотвращения летных происшествий, в том числе катастроф, созданы системы, включающие: конструкцию самолета, двигатель и бортовые системы, обеспечивающие эффективность и безопасность эксплуатации воздушного судна.

Сложность построения теории катастроф воздушных судов обусловлена зависимостью события А – катастрофы воздушного судна от факторов риска .

Система управления безопасностью, цель которой – минимизация риска, включает множество подсистем контроля факторов риска на макро– и микроуровнях, создаваемых в процессе разработки и реализации воздушного судна на следующих уровнях:

– стратегической системы (перспективное состояние);

– тактической системы (теории обеспечения безопасности);

– оперативной системы (полет: экипаж; СПКР…);

– системы контроля (текущее состояние техники).

Учитывая сказанное, а также материалы ИКАО, посвященные безопасности полетов, выделим следующие разделы анализа, необходимые для вероятностной оценки авиационных происшествий, включающих катастрофы.

I. Факторы, влияющие на безопасность.

1. Отказы системы.

2. Активный отказ, скрытые условия для отказа.

3. Недостатки в оборудовании.

4. Человеческий фактор.

5. Конструкция системы.

II. Аналитические методы и инструменты анализа безопасности.

1. Статистический анализ.

2. Анализ тенденций.

3. Нормативное сравнение.

4. Моделирование и тестирование.

5. Экспертная панель.

III. Оценка безопасности полетов.

1. Описание системы.

2. Определение опасной ситуации.

3. Оценка серьезности ситуации.

4. Оценка вероятности того, что опасная ситуация будет иметь место.

5. Оценка степени риска.

6. Снижение риска.

IV. Факторы, вносящие вклад в человеческие ошибки – происшествия, аварии.

1. Процедуры.

2. Обучение.

3. Личные факторы.

4. Культура.

5. Организационные факторы.

6. Конструкция, оборудование.

V. Цикл обеспечения безопасности.

1. Выявление нарушения.

2. Оценка риска.

3. Оценка контроля.

4. Коммуникации риска.

5. Действие.

6. Наблюдение за процессом.

7. Выявление нарушения.

Воздушное судно как система для реализации своей цели перемещается в пространстве внешней среды, где пересекается с другими системами, в силу погрешностей методов и средств контроля состояния воздушного судна и управления им при своем функционировании, создавая для ЛА риски R, в том числе катастрофы самолета. К таким системам относятся:

1) система посадки аэродромная, аэродром;

2) система управления воздушным движением (в том числе эшелонирование);

3) системы контроля состояния воздушной среды;

4) организации, включающие человеческий фактор, реализующие контроль и управление системами из пп. 1–3.

При изучении авиационных катастроф будем определять области безопасных или допустимых Ωдоп состояний и опасных Ωоп состояний воздушного судна.

Воздушное судно в области безопасных состояний способно выполнять, а в Ωоп не способно выполнять свое целевое назначение.

Предпосылки летных происшествий, аварий, катастроф происходят тогда, когда воздушное судно находится в одной из областей Ωдоп, указанных на рис. 1.2.

Рис. 1.2

Область опасных состояний Ωоп включает следующие подобласти:

– область Ωпр, где реализуются предпосылки летных происшествий, возвратных состояний в Ωдоп;

– область Ωкр критических состояний, где реализуются аварии;

– область Ωкат катастрофических состояний, где реализуются катастрофы.

Из области Ωпр возможен выход либо в Ωдоп, либо в Ωкр. Из области Ωкр возможен выход в Ωпр либо в Ωкат. Из области Ωкат выход в Ωдоп невозможен.

Отсюда следует, что катастрофа реализуется после отказа системы обеспечения безопасности в целом или ее отдельной подсистемы. Реализация отказа такой системы – это многоуровневый процесс, начинающийся в общем случае с микроуровня – отказа ее элемента, который завершается на макроуровне – отказом той системы, по вине которой возникает катастрофа, т. е. резкое (мгновенное) разрушение.