Владимир Живетин - Методы и средства обеспечения безопасности полета

• Название: Методы и средства обеспечения безопасности полета
• Автор: Владимир Живетин
• Жанр: Математика
• Год: 2010
• ISBN: 978-5-98664-055-6, 978-5-903140-39-8

В данной работе разработан метод расчета систем предупреждения и ограничения критических режимов полета самолета и вертолета. Метод доведен до инженерных методик, программ расчета на ЭВМ с конкретными примерами. Рассмотрены полет на малой высоте, полет по эшелонам и полет в условиях достижения критических параметров траектории полета.

---

К субъективным относятся факторы, характеризующие непосредственно данную фирму, данный проект, данный авиационный комплекс. Эти факторы включают: производственный потенциал, техническое оснащение, уровень предметной и технологической специализации, организация труда, уровень производительности.

При разработке нового ЛА или доработке старой модификации (путем установки нового бортового оборудования) возникают как взаимный интерес инвестора и конструкторского бюро, так и противоречия. Задача заказчика состоит в том, чтобы при минимальных затратах создать такой ЛА, который по основным показателям превысил бы известные ЛА. Задача конструкторского бюро в том, чтобы найти возможность удовлетворить требования заказчика. Как правило, не удается полностью достичь того, что хочет заказчик на те средства, которые он выделил. При этом эксплуатационники, а также пользователи услуг, страховые компании, организации типа ICAO требуют ЛА с заданной надежностью.

В качестве основного показателя, предъявляемого к ЛА, является экономический. Все остальные порождены этим показателем, за исключением показателя, который связан с человеческими жертвами. Так, например, такой показатель, как «регулярность» обеспечивает заданную величину отложенных полетов, учитывая их высокую стоимость. Показатель «безопасность» связан с расходами на поломку или восстановление техники, а также со страховыми выплатами. При этом, по существу, из одного показателя экономичности был введен векторный показатель: экономичность, безопасность, регулярность.

Введем общее расчетное (максимальное) количество полетов n, которые может совершить самолет за время Т. Пусть из-за погодных условий он не сможет совершить (при его низком показателе регулярности) n1 полетов. Из-за аварийных ситуаций (в том числе поломок) он не завершит n2 полетов, а из-за недостоверной информации как бортового оборудования, так и средств управления воздушным движением – n3 полетов. Таким образом, полеты n0 = n – (n1 + n2 + n3)=n – n4 завершены благополучно и могут принести прибыль, а полеты n4 = n1 + n2 + n3 принесут убытки. Каждая из составляющих вектора = {n0, n1, n2, n3} несет в себе определенную информацию с позиции функционирования бортового оборудования:

n0 – выполнение поставленной цели;

n1 – невыполнение поставленной цели при правильном функционировании систем контроля и управления бортовым оборудованием;

n2 – возникновение аварийных ситуаций, включая катастрофы, обусловленные превышением критических значений параметров состояния ЛА из-за погрешностей функционирования систем контроля бортового оборудования;

n3 – недостижение поставленной цели, в том числе отказ ее достижения из-за ложной информации систем контроля и средств управления воздушным движением.

Таким образом, убытки, следовательно, технический риск обусловливают те события, которые связаны с {n1, n2, n3}, из них {n2, n3} обусловлены погрешностями δx получения и обработки информации.

Если в качестве цели ставится полет на дальность L, то в этом случае потери будем характеризовать частотой n1 – невыполнение полетов (в том числе по погодным условиям); безопасность характеризовать частотой n2; экономичность будем оценивать совокупностью {n1, n2, n3}, характеризующей потери в процессе эксплуатации; а с помощью n0 – прибыль, связанную с благополучным выполнением поставленной цели.

Для современной авиации характерны наперед заданные ограничения на компоненты потерь, связанные с безопасностью полетов, т. е., по существу, задана плата за риск эксплуатации и связанная с ним прибыль. Так, на посадке суммарный риск не должен превышать Р = 10–9. При этом предполагается, что современная авиация с современным оборудованием гарантированно имеет потери (убытки). Если абстрагироваться от реальности, то можно добиться от бортового оборудования такого функционирования, при котором нет катастроф, но стоимость такого самолета будет так высока, что доходы за счет n0, как правило, не покрывают эти расходы.

В общем случае количественные характеристики риска представляют векторные величины, а задача построения и прогноза их чрезвычайно сложна [1, 21]. Таким образом, приступая к проектированию самолета, мы должны учитывать:

– затраты на создание и эксплуатацию;

– прибыль при эксплуатации;

– потери в процессе создания и эксплуатации.

В качестве примера рассмотрим техническую постановку задачи создания новых образцов авиационной техники.

Одной из основных задач, стоящих перед проектировщиками и разработчиками таких сложных и дорогостоящих технических систем, как авиационный комплекс, включающий: самолет и его бортовое оборудование; системы управления воздушным движением; аэродромные средства, – является задача выбора и обоснования технических требований к комплексу, в которых отражалось бы его целевое назначение и которые соответствовали бы научно-техническому потенциалу разработчиков. При проектировании авиационного комплекса выбор технических требований к нему должен производиться исходя из целей и задач, стоящих перед проектировщиком самолета, в том числе и его бортовым оборудованием. Такие цели формулируются, как правило, на качественном уровне и позволяют судить лишь об общем направлении работ по созданию авиационного комплекса и его совершенствованию. Для обеспечения необходимой ясности и однозначности формулировок целей последние лучше задать в терминах характеристик авиационного комплекса. Для этого генеральную цель – выполнение самолетом полетного задания – приходится разбивать на совокупность более частных, более простых и конкретных подцелей, т. е. проводить квантификацию целей.

Из множества технических показателей систем авиационного комплекса лицо, принимающее решение, выделяет тот или те, которые, по его мнению, в наибольшей степени характеризуют соответствие системы заданному целевому назначению. Поскольку авиационный комплекс служит для обеспечения регулярности (R), безопасности (Б) и экономичности (Э) полета самолета, последние являются показателями эффективности авиационного комплекса. Отсюда следует, что задача проектирования авиационного комплекса заключается в том, чтобы создать такой авиационный комплекс, который обеспечивал бы самолету значения показателей регулярности, безопасности и экономичности его полета не хуже существующих, и при этом обеспечивал бы прибыль.

Таким образом, целью создания нового авиационного комплекса или совершенствования старого является, как следует из вышеизложенного, повышение регулярности, безопасности и экономичности полетов самолета. Как правило, реализация этой цели поддается экономической оценке, в результате чего могут быть получены зависимости

J1 = J1(ΔR, ΔБ, ΔЭ, Т), J2 = J2(ΔR, ΔБ, ΔЭ, Т),

где J1 – прибыль за время эксплуатации самолета, оснащенного таким авиационным комплексом; ΔR, ΔБ, ΔЭ – соответственно приращения показателей регулярности, безопасности и экономичности полета нового самолета по отношению к аналогичным показателям старого варианта самолета; J2 – затраты на создание авиационного комплекса; Т – время эксплуатации. Очевидно, что эффект от внедрения

ΔJ = J1 – J2.          (1.1)

Пусть А – вектор параметров, полностью характеризующих авиационный комплекс. Тогда R = R(A), Б = Б(А), Э = Э(А), и задача заключается в отыскании такого А = А*, при котором показатель (1.1) достигает максимальной величины на множестве значений ΔJ, на границах которого значения ΔJ достигают порога, характеризующего целесообразность создания авиационного комплекса. Таким образом, задача состоит в отыскании А = А*, удовлетворяющего условию

В результате процесс проектирования авиационного комплекса сводится к построению алгоритма, с помощью которого устанавливается связь между свойствами вектора А* параметров авиационного комплекса и значениями R, Б, Э, а также метода нахождения А*, удовлетворяющего условию (1.2).