Бортовая интегрированная система информационной поддержки экипажа и когнитивный формат представления полетной информации на этапе "взлет" многодвигательного воздушного судна

Бортовая интегрированная система информационной поддержки экипажа и когнитивный формат представления полетной информации на этапе "взлет" многодвигательного воздушного судна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Группа изобретений относится к автономным цифровым интегрированным комплексам бортового электронного оборудования многодвигательных воздушных судов (ЦИКБО МВС), в частности, к бортовым интегрированным системам информационной поддержки экипажа многодвигательного воздушного судна (БИСИП МВС), которые предназначены для предупреждения авиационных происшествий и серьезных инцидентов (АПиСИ) на этапе «ВЗЛЕТ», и к системам визуальной поддержки когнитивной деятельности экипажа за счет создания новых форматов отображения полетной информации (пилотажной, навигационной, параметров силовых установок и систем МВС, параметров окружающей среды закабинного пространства).

БИСИП МВС является электронной измерительно-вычислительной системой с расширенными функциональными возможностями по оказанию экипажу информационной поддержки на этапах предполетной, предстартовой подготовки, режимах перемещения по рабочей площади аэродрома, руления, разбега по взлетно-посадочной полосе (ВПП) и на воздушном участке полной взлетной дистанции за счет значительного повышения уровня ситуационной (информационной) осведомленности и служит для обеспечения экипажа полной, достоверной, актуальной, непротиворечивой и интерактивной информацией и представления на внутрикабинных индикаторах только значимых параметров, критичных для принятия решения по управлению МВС на этапе взлета.

БИСИП МВС содержит автономный улучшенный бортовой интегрированный комплекс визуализации параметров полета (БИКВПП), улучшенный автономный бортовой интегрированный комплекс визуализации параметров подстилающей поверхности окружающей среды закабинного пространства (БИКВЗКП), функционирующий в реальном режиме времени независимо от фактических метеорологических условий окружающей среды в любое время года и суток и независимо от технических характеристик подстилающей поверхности окружающей среды, систему раннего предупреждения столкновения с подстилающей поверхностью и искусственными препятствиями на ней на воздушном участке взлетной дистанции с реализацией алгоритма «впередсмотрящего», систему раннего предупреждения столкновения с подвижными и неподвижными препятствиями и об опасной скорости сближения с ними при перемещении МВС по рабочей площади аэродрома.

БИСИП МВС дополнительно имеет систему предупреждения «хвостовых ударов» МВС в процессе разбега по ВПП, улучшенную систему предупреждения сваливания на воздушном участке взлетной дистанции, систему мониторинга процесса разбега по ВПП с прогнозирующими и реальными измерительно-вычислительными каналами определения параметров динамики разбега, систему предупреждения взлета с конфигурацией механизации крыла и стабилизатора не соответствующей требованиям руководства по летной эксплуатации (РЛЭ), систему мониторинга торможения (стояночного, основного и аварийного) и предотвращения взлета на стояночном тормозе и подторможенных пневматиках, улучшенную систему контроля взлетно-посадочных устройств (ВПУ): положения шасси и передней стойки шасси относительно линий разметок мест стоянок (МС), рулежных дорожек (РД), ВПП, контроля технического состояния пневматиков шасси - количества и целостности, систему предупреждения взлета с застопоренными рулями и элеронами и улучшенную систему предупреждения ошибок экипажа по управлению реверсами тяги двигателей. БИСИП МВС также содержит аппаратно-программные средства информационной поддержки экипажа по принятию правильных управленческих решений в быстроменяющейся аэродинамической обстановке, направленные на предотвращение АПиСИ из-за отказов авиационной техники, неблагоприятного влияния внешних факторов, минимизации ошибочных действий и предотвращения бездействия экипажа, аппаратно-программный комплекс улучшенной визуализации рельефа подстилающей поверхности, реализованный на базе виртуального отображения подстилающей поверхности, улучшенную бортовую интегрированную систему аварийно-предупреждающей сигнализации (БСАС), предназначенную для интеллектуальной поддержки когнитивной деятельности экипажа. БИСИП МВС также имеет бортовую оперативно-советующую экспертную систему информационной поддержки экипажа, предназначенную для предотвращения авиационных происшествий при возникновении нештатных ситуаций и особых случаев.

Вопросы обеспечения безопасности полетов МВС, управляемого двумя пилотами, и недопущения перехода усложненных условий полета или аварийной полетной ситуации в катастрофическую в значительной мере зависят от своевременности и правильности принятия решения экипажем по управлению ВС, а также темпа выполнения операций, предписанного технологией работы экипажа в соответствии с требованием РЛЭ. Это связано с тем, что экипажу из двух пилотов кроме прямых обязанностей по штурвальному управлению ВС приходится выполнять обязанности других членов экипажа: штурмана, бортового инженера, бортового радиста, хотя решение этих задач обычно максимально автоматизировано. Однако, экипажу все равно приходится отвлекаться от пилотирования для решения задач навигации, ведения радиосвязи и на управление многочисленными системами ВС и его силовых установок. В заявляемом устройстве с целью повышения уровня интеллектуальной поддержки экипажа используется активация визуального (образного) мышления, позволяющая разгрузить ментальную деятельность экипажа. Разрабатываемые новые форматы отображения информации с динамической индикацией множества одновременно изменяющихся параметров полета позволяют экипажу предвидеть дальнейшие изменения параметров - будущее перемещение воздушного судна и его реакцию на управляющие воздействия экипажа. Новый формат (визуальный вид отображения, симвология) информационного обеспечения экипажа на этапе «ВЗЛЕТ», разработанный с применением принципов искусственного интеллекта и когнитивности, направлен на повышение общего уровня ситуационной информированности экипажа с учетом полноты, достоверности, актуальности по этапам полета, интерактивности, пропускной способности человеческого организма по обработке информации без необходимости выполнения расчетов, обращения к долговременной памяти, а в условиях быстроменяющейся обстановки и к оперативной памяти, без необходимости распознавания и раскодирования информации и исключает нецелесообразные операции по штурвальному управлению, снижает ошибочные действия экипажа, а также уровень неопределенности при принятии решений по управлению МВС.

Предпосылки создания изобретений

Известно, что при летной эксплуатации МВС на этапе взлет у экипажа возникают проблемы по обеспечению его безопасности.

С целью выявления основных причин возникновения авиационных происшествий и серьезных инцидентов (АПиСИ) авторами был проведен анализ состояния безопасности полетов (БП) многодвигательных воздушных судов на этапе «ВЗЛЕТ» за их длительный период летной эксплуатации [М.А. Ерусалимский Статистический обзор данных авиационных происшествий самолетов Boing-747. М.А. Ерусалимский Анализ критериев принятия решений о прекращении или продолжении взлета самолетов транспортной категории. Техника воздушного флота - 2000 №6 (647) - LXXIV т.; Статистика АП и СИ на этапе «ВЗЛЕТ» из-за выхода ВС в режим сваливания http://www/techavia.ru/math/modeling.htm; Статистические данные NTSB - США (национальный совет по безопасности на транспорте)]. По данным NTSB только между 1983 по 1990 годами произошло более 4000 АПиСИ на этапе «ВЗЛЕТ» МВС. Из анализов следует, что за последние годы БП МВС непрерывно улучшалась на всех этапах полета, кроме этапа «ВЗЛЕТ», связанная с выкатываниями МВС за пределы ВПП при прерванных взлетах, сваливаниями на воздушном участке взлетной дистанции и столкновениями с препятствиями при движении на аэродроме и на воздушном участке взлетной дистанции. Анализы прерванных взлетов показывают, АПиСИ происходят при этом по разным причинам, из которых отказ двигателей далеко не основной. Основными причинами АП на этапе взлета являются отклонения в работе СУ, реверса тяги, отказы и разрушения систем шасси, управления ВПУ, неправильно выбранная экипажем конфигурация механизации крыла и оперения, позднее принятие решения на прекращение взлета, а также факторы, проявляющиеся почти внезапно, неожиданно для экипажа, и факторы, действующие на протяжении разбега и взлета.

Анализ состояния БП МВС на этапе «ВЗЛЕТ» выявил, что основными причинами АПиСИ являются:

- ошибочные действия/бездействие экипажа из-за позднего принятия решения на прекращение взлета;

- неудовлетворительное состояние ВПП;

- опасные воздействия внешних факторов;

- отказы силовых установок и систем ВС.

Анализ статистики АПиСИ, зафиксированный за последние 30 лет, и связанный с прекращением взлета, позволяют сделать следующие выводы:

- более половины АПиСИ указывают на принятие решения и начала действий экипажа на скорости, превышающей V₁, когда практически невозможно предотвратить выкатывания ВС за пределы ВПП;

- более 30% АП произошли на мокрой, заснеженной или обледеневшей ВПП;

- 25% АП связаны с отказами СУ;

- около 25% прерванных взлетов произошли из-за разрушения пневматиков шасси и других отказов систем МВС.

Из анализа АП и СИ, также выявлено, что экипажи МВС допускают систематические ошибки:

- в установке механизации крыла и стабилизатора во взлетную конфигурацию в зависимости от фактических метеорологических условий, технического состояния ВПП, фактической взлетной массы и центровки, режимов работы силовых установок, в том числе и преднамеренную установку механизации в конфигурацию, отличающуюся от требований РЛЭ;

- в расчетах потребных взлетных скоростей V₁, V_П.СТ (V_R), V_ОТР (V_LOF), V₂, V₃, V₄ (здесь и далее условные обозначения соответствуют применяемым в части 25 Авиационных правил) и взлетах с пониженным темпом роста скорости из-за пониженной тяги СУ, подтормаживания пневматиков шасси, превышения взлетной массы установленных ограничений, неудовлетворительного технического состояния ВПП с последующими выкатываниями МВС за пределы ВПП;

- взлеты с коротких ВПП, не соответствующих условиям безопасного взлета;

- взлеты с превышением максимально допустимых взлетных весов для фактических условий взлета, в том числе и преднамеренные;

- несоразмерные и некоординированные движения органами управления на подъем передней стойки и отрыв МВС, особенно, при отсутствии визуальной видимости линии горизонта закабинного пространства (ЗКП) с последующим касанием хвостовой частью фюзеляжа ВПП;

- столкновения МВС с подвижными и неподвижными препятствиями при движении по аэродрому;

- сваливания на воздушном участке полной взлетной дистанции;

- столкновения с рельефом и искусственными препятствиями на воздушном участке взлетной дистанции;

- позднее прекращение взлета из-за недостатков в информационном обеспечении экипажа по параметрам динамики разбега, боковых отклонений от оси ВПП, взлетов с застопоренными рулями и элеронами, неисправностей ВПУ (разрыв и отрыв пневматиков шасси, разворот и зависание стоек шасси в промежуточном положении, отказ управления передней стойкой, и неустановка экипажем управления передней стойкой во взлетную конфигурацию, опасное подтормаживание основных колес стоек шасси при рулении, разбеге, пробеге);

- необоснованные прекращения взлета при отказах систем МВС, взлет с которыми разрешен;

- взлеты при фактических метеоусловиях (ФМУ), не соответствующих требованиям РЛЭ и сложных метеорологических условиях (СМУ) в условиях отсутствия визуальной видимости осевой линии ВПП и боковых световых маркеров.

Проведенными исследованиями также установлено, что предпосылками к авиационным происшествиям и серьезным инцидентам (АПиСИ) являются недостатки в требованиях руководящих документов в разработке информационного обеспечения экипажа, например отсутствие в Авиационных Правилах (АП-25):

- нормируемых параметров, контролирующих положение МВС на исполнительном старте для принятия решения на взлет (максимально допустимое боковое отклонение от оси ВПП в зависимости от технических характеристик ВПП и типа МВС; максимально допустимая продольная дистанция положения МВС от торца ВПП в направлении взлета);

- требований на воздушном участке взлетной дистанции по отображению параметров, предназначенных для предотвращения столкновения с подстилающей поверхностью после отрыва МВС, предотвращения сваливания и столкновения с препятствиями в процессе доразгона МВС до безопасных скоростей набора высоты V₂, V₃, V₄;

- системы технического зрения (система визуализации параметров подстилающей поверхности окружающей среды ЗКП) мест стоянок (МС), рулежных дорожек (РД), ВПП для обеспечения безопасного взлета МВС в сложных метеорологических условиях, в том числе при метеорологической дальности видимости на ВПП менее 200 м;

- системы предупреждения столкновений с подвижными и неподвижными препятствиями при движении МВС по аэродрому, функционирующей в реальном режиме времени (отсутствие визуально-речевого информатора опасных расстояний до препятствий);

- улучшенной интегрированной интеллектуальной визуальной наглядной информации о параметрах динамики разбега МВС по ВПП и на воздушном участке взлетной дистанции: фактическом темпе роста скорости по сравнению с расчетной (прогнозируемой) величиной, системы оценки о возможности достижения скорости V₁ на ранних этапах разбега на дистанции не далее, чем L_СБАЛ, по крайней мере, не позже, чем за три секунды до момента достижения МВС сбалансированной дистанции, на которой возможно как своевременное принятие решение на безопасное прекращение взлета, так и на безопасное продолжение взлета;

- визуализации прогнозируемых (расчетных) и фактических параметров чистого и полного градиентов набора высоты с оценкой возможности преодоления препятствий на минимально-допустимых расстояниях от поверхности ограничения препятствий;

- информации на командное (директорное) управление углом тангажа на подъем передней опоры шасси, отрыв МВС, доразгона МВС до скоростей V₂, V₃, V₄.

К одним из главных недостатков в информационной поддержке экипажа относится недостаточная осведомленность экипажа о состоянии пилотажных, навигационных параметров, параметров динамики разбега и разгона на этапе взлета, параметров работы СУ и систем МВС в быстроменяющейся аэродинамической обстановке из-за несовершенства системы аварийно-предупреждающей сигнализации МВС (визуальной, звуковой и тактильной). Она должна быть выполнена с использованием принципов раннего предупреждения со статическим и динамическим упреждением срабатывания сигнализации до достижения контролируемых параметров летных эксплуатационных ограничений, без необходимости обращения экипажа к долговременной и оперативной памяти для выполнения расчетов, вспоминания многочисленных летных ограничений параметров, зависящих в свою очередь от метеоусловий, взлетного веса, высоты полета, скорости полета, углов атаки и скольжения, конфигурации механизации крыла и стабилизатора, режимов работы силовых установок, текущего местоположения МВС и др., то есть она должна интеллектуально поддерживать когнитивную деятельность экипажа.

Из анализа достигнутого уровня техники по обеспечению безопасного взлета МВС известен ряд иностранных аэрокосмических компаний, занимающихся разработкой новых технологий, которые предназначены для обеспечения взлета и посадки воздушных судов в крайне неблагоприятных метеорологических условиях, например, в условиях низкой облачности и видимости менее 200 метров. В настоящее время на рынке ИКБО известен ряд систем EFVS (Enhanced Flight Vision System) и ESVS (Enhanced Synthetic Vision System). Компания Kollsman, Inc (США) предлагает систему Kollsman All Weather Window для обеспечения эксплуатации ВС во всепогодных условиях. Компания Gulfstream Aerospace Corporation разработала систему EVS, содержащую в своем составе инфракрасный датчик (ИК) - Kollsman FLIR, HUD (Head Up Display) компании Honeywell и программное обеспечение обработки и визуализации изображений ЗКП.

Компания ВАЕ Systems провела НИР «Enhanced and Synthetic Vision Integrated Technology Evaluation (FORESITE)», подтверждающую целесообразность использования оптических и радиолокационных средств для решения задач взлета и посадки воздушного судна. Разрабатывается система технического зрения, включающая инфракрасные датчики и РЛС 3-мм диапазона для взлета и посадки («Проблемы безопасности полетов», ВИНИТИ, выпуск 2, М., 2013, с.16).

Компания CMC Electronics (Канада) разработала два вида систем: СМА-2600 I - Series™ и более дешевый вариант СМА-2610 М - Series™ в которых в первом случае используется охлаждаемые двухдиапазонные ИК-датчики (1÷3, 3÷5 мкм), во втором случае неохлаждаемые, работающие в диапазоне 8÷4 мкм ИК-датчики. Ведутся работы по системе на базе миллиметрового радара. Отображение информации ЗКП выполняется на HUD-пилотажном индикаторе на фоне лобового стекла кабины экипажа и/или МФИ (многофункциональном дисплее). Также может устанавливаться система синтезированного зрения (SVS), предоставляющая данные о рельефе местности.

Компания Max-Viz, Inc (США) разработала систему EVS2500 на базе двух инфракрасных датчиков: длинноволнового - для формирования изображений рельефа и потенциальных препятствий и коротковолнового - для обнаружения ярких сигнальных огней ВПП. Информация с обоих датчиков поступает на МФИ, где выдается улучшенное отображение подстилающей поверхности ЗКП.

Известно, что EVS система фирмы Rockwell Collins формирует ИК - изображения подстилающей поверхности ЗКП и выводит их на дисплей пилотажно-навигационной системы на лобовом стекле HGS-4000, разработки этой же компании.

Однако, все вышеперечисленные системы EVS представляют собой системы датчик-дисплей, обеспечивающие передачу на кабинные индикаторы экипажа изображения, полученного от датчиков. При этом качество изображения сильно зависит от ВВФ (внешних воздействующих факторов): фактического состояния метеорологических условий, состояния покрытия ВПП, наличия на ВПП источников яркого света.

Кроме того, в настоящее время воздушные суда ВС выполняют полеты на грунтовые ВПП и ВПП, покрытые снегом, слякотью, влагой, льдом, некатегорированные аэродромы, в СМУ, условиях тумана, снегопада и ливневых осадков, когда вышеназванные EVS не могут обеспечить экипаж отображением ЗКП надлежащего качества. Тем более, вышеприведенные системы EVS не решают задачи автоматического распознавания и выделения ВПП, РД, МС, препятствий. Поэтому задача комплексирования и отображения данных ЗКП, одновременно поступающих от телевизионных камер видимого диапазона частот, инфракрасных камер, радиолокаторов миллиметрового диапазона, лазерных локаторов (ТВ, ИК, ММР, ЛЛ) является весьма актуальной для получения высококачественного отображения ЗКП в любое время суток, любых МУ и для всех типов ВПП независимо от вида их покрытия и загрязнения.

Лидерами в области разработки новейших систем улучшенной видимости закабинного пространства в реальном режиме времени (EFVS - Enhanced Flight Vision System) являются: Sikorsky Aircraft Corp. (США), Rockwell Collins Inc. (США), Gulfstream Aerospace Corporation (США), Honeywell International (США), Garmin (США), Aspen Avionics (США), EADS Deutschland GmbH (Германия), Thales (Франция). Также известны наработки Российских ученых ФГУП «ГосНИИАС» (системы технического зрения, улучшенного и синтезированного видения), ОАО «НПО «РАДАР ММС» (малогабаритная радиолокационная система, обеспечивающая высокоточное всепогодное круглосуточное обнаружение ВВП аэродромов, с визуализацией информации на лобовом стекле кабины пилота).

Известны патенты различных российских и зарубежных фирм, частично решающие задачи информационной поддержки экипажа на взлете. Например, известна система определения максимально допустимого взлетного веса и центровки ВС - патент РФ №2400405, B64D 43/00, опубл. 27.09.2010 г. В заявках США №2011022291, G08G 5/00, опубл. 27.01.2011 и 2011130963, G01C 21/00; G06T 15/00; G09G 5/02, опубл. 02.06.2011, заявках ЕР 2355071, G01C 23/00; G08G 5/00; G08G 5/06, опубл. 10.08.2011 описываются способы и технические устройства, предназначенные для повышения ситуационной осведомленности экипажа о текущем местоположении ВС на аэродроме в условиях СМУ за счет применения средств синтезированного отображения аэродромной площади, на которую накладываются текущие навигационные параметры. В патенте РФ №646557, B64D 31/14, опубликованном 20.05.2005, описана система контроля стопорения рулей и элеронов с целью повышения безопасности взлета путем исключения возможности взлета с застопоренными рулями и элеронами.

Имеются патенты, где описываются системы, позволяющие контролировать и управлять параметрами на взлете:

- система определения местоположения ВС на ВПП в процессе разбега до достижения скорости V₁, с анализаторами возможного места остановки ВС на ВПП при прекращенном взлете, с сигнализаторами недостаточности тяг двигателей - заявка ЕР №2328054, G05D 1/00, опубликованная 01.06.2011;

- система визуализации параметров, относящихся к ВПП, метеоусловий окружающей среды, параметров динамики разбега - заявка РСТ №2007006310, B64D 43/00; G05D 1/00, опубл. 2007-01-18.

Данные изобретения, несмотря на то, что они повышают уровень безопасности полетов на этапе «ВЗЛЕТ», имеют ряд существенных недостатков, например, не обеспечивают экипаж информационной поддержкой о готовности/неготовности к взлету, не вырабатывают интегрированный сигнал на продолжение/прекращение взлета при соответствии/несоответствии множества контролируемых параметров на этапе взлета требованиям РЛЭ и не представляют экипажу полный набор параметров, критичных для принятия решения по управлению МВС на этапе взлета, а также не обеспечивают экипаж информацией о параметрах внешней закабинной обстановки, что не позволяет выполнить безопасный взлет в СМУ.

В частности, некоторые технические устройства, предназначенные для повышения информированности экипажа о текущей позиции ВС на аэродроме в условиях СМУ являются неавтономными и требуют использования сложных технических устройств, расположенных на РД, ВПП, обеспечить работоспособность которых в условиях ВВФ (снегопад, дождь, повышенная влажность) является сложной технической проблемой. Системы, предназначенные для предотвращения взлета с застопоренными рулями, исключают возможность запуска двигателей на стояке, в то же время в условиях неблагоприятного ВВФ (гололедное состояние МС, РД, сильный порывистый ветер) возникает необходимость выполнения процедуры руления со всеми запущенными двигателями и застопоренными рулями во избежание их повреждения сильным порывистым ветром, а системы визуализации закабинной обстановки не функционируют в реальном режиме времени и не могут обнаружить опасные препятствия на аэродромной площади.

На этапе «ВЗЛЕТ» наибольший интерес представляют интегрированные системы контроля пилотажных, навигационных параметров, параметров работы СУ и систем ВС, а также ВВФ (окружающая среда, техническое состояние ВПП, техническое состояние ВС, внезапные факторы), обеспечивающие экипаж визуальной информацией о состоянии подстилающей поверхности окружающей среды ЗКП (система технического зрения ЗКП).

Например, известна заявка на изобретение США №2008215198, G01C 21/00; G01S 5/00, опубл. 04.09.2008 г., принятая за аналог БИСИП-МВС. Данное изобретение предназначено для мониторинга положения ВС на ВПП и динамики его движения. Сущность изобретения заключается в способе определения текущего местоположения ВС на ВПП при разбеге относительно точки старта с использованием систем глобального позиционирования («GPS»). Изобретение относится к системе предупреждения экипажа о возможном выкатывании ВС за пределы ВПП и служит для информационной поддержки экипажа в вопросах принятия решения на продолжение/прекращение взлета на данной ВПП. Система также предназначена для предупреждения экипажа о том, что ВС заняло слишком короткую ВПП и для данных условий ВС не может выполнить безопасный взлет.

Система содержит компьютер к процессору, которого подключены ПЗУ с мировой базой данных аэродромов, устройства ввода информации (клавиатура, кнопки выбора), а аудио-устройство может содержать: сирену, динамик, источник речевой информации. Система содержит множество датчиков, подключенных к процессору, которые обеспечивают процессор цифровыми данными для расчета и определения динамических характеристик разбега ВС: взлетных скоростей V₁, V₂, путевой скорости W. Для этих целей система содержит в своем составе датчики веса ВС, влажности воздуха, высотомер, датчик температуры окружающей среды, воздушной скорости, тяги двигателей, датчик положения рычагов управления двигателями (РУД), тормозов, курса, которые в свою очередь подключены к процессору. Датчик веса связан с датчиком положения шасси. Общий вес ВС, высота аэродрома над уровнем моря, плотность воздуха, температура окружающей среды вводятся в систему с помощью устройства ввода или сенсорного экрана. Процессор, используя фактическую взлетную массу, температуру и плотность наружного воздуха в зависимости от высоты расположения аэродрома, выполняет расчет скоростей V₁ и V₂ для конкретного типа ВС, причем программное обеспечение для выполнения этого расчета известна из РЛЭ ВС. В процессе руления GPS-приемник постоянно определяет текущее местоположение ВС. Поскольку координаты торцов ВПП сохранены в ПЗУ процессора, а текущие координаты непрерывно определяются GPS-приемником, процессор системы постоянно вычисляет расстояние между фактическим положением ВС на ВПП и до конца ВПП. В процессе разбега по ВПП процессор по данным GPS рассчитывает текущую путевую скорость разбега и время разбега до конца ВПП, текущее ускорение, а оставшееся расстояние до конца ВПП определяется по известным в механике формулам.

Если время, в течение которого ВС может достигнуть конца ВПП меньше, чем время необходимое для достижения скорости V₂ (т.е. V₂ достигается за пределами ВПП), то процессор выдает команду на безопасное прекращение взлета. Процессор непрерывно определяет расстояние, необходимое для безопасного прекращения взлета на текущей скорости. Расстояния, необходимые для прекращения взлета, а также расстояния до конца ВПП хранятся в памяти компьютера. Фактически аппаратура и ее программная часть строят зависимости расчетной скорости разбега от длины разбега: V_разб=f(L_разб) и рассчитывают величины взлетных скоростей V₁, V_П.СТ, V_отр, V₂ в зависимости от взлетной массы G_взл, высоты аэродрома над уровнем моря H_аэр; давления и температуры окружающей среды P₀; t₀, технических характеристик ВПП, скорости и направления ветра в соответствии с номограммами, приведенными в РЛЭ ВС или в соответствии с дифференциальными уравнениями динамики разбега ВС. Далее, процессор, сравнивая фактическую скорость разбега или расстояние, пройденное с момента старта с расчетными значениями, определяет, будут ли фактические характеристики удовлетворять требованиям авиационных правил (АП) достижения скорости V₂ в пределах располагаемой ВПП, и предупреждает экипаж о необходимости прекращения взлета, если эти условия в процессе разбега не соблюдаются.

Дополнительно система может обнаружить, что ВС заняло слишком короткую ВПП или РД для взлета, низкий темп разгона ВС по ВПП из-за недостаточной тяги СУ, обледенения ВС, то есть система обладает возможностью раннего предупреждения экипажа, что позволяет провести процедуру прекращения взлета без выкатывания ВС за пределы ВПП.

Однако, заявленная система имеет ряд недостатков. Например: система не решает задачи предотвращения выкатываний за пределы ВПП из-за боковых отклонений ВС на разбеге и исполнительном старте, предупреждения столкновения с препятствиями на этапах выруливания, руления и разбега по ВПП, предотвращения хвостовых ударов, сваливания, столкновения с препятствиями на воздушном участке взлетной дистанции, а также не может обеспечить безопасность взлета в СМУ при видимости на ВПП менее 200 м в виду отсутствия технических средств обзора подстилающей поверхности окружающей среды.

По своей сущности для заявляемой БИСИП-МВС прототипом является заявка США №2011040431, G01C 21/00; G05D 1/00, опубликованная 17.02.2011, в которой описаны система и способы контроля взлета МВС.

Для контроля положения МВС на ВПП в процессе взлета и на воздушном участке взлетной дистанции система содержит, по крайней мере, два дисплея систем навигации и управления МВС. Система содержит средства автоматического управления (САУ), управления тормозами, управления взлетно-посадочными устройствами (ВПУ), управления силовыми установками (СУСУ), реверса тяги СУ, множество датчиков других систем, предназначенных для безопасного пилотирования МВС. Вычислители самолетовождения и управления МВС содержат базу данных воздушной навигации. Навигационная система содержит вычислительную систему судовождения ВСС (FMS), инерциальную навигационную систему (INS), информационный комплекс высотно-скоростных параметров (ИКВСП), спутниковую навигационную систему (СНС), автоматический радиокомпас (АРК) и другие неавтономные радиотехнические средства воздушной навигации.

Патент описывает систему контроля положения МВС в пространстве на этапе взлета. Система содержит визуальные информационные устройства, расположенные в кабине экипажа и устройства авионики, выходы которых связаны со входами бортовой вычислительной системы (ВВС). Кабинные средства содержат пользовательский интерфейс в виде основного пилотажного и навигационного индикаторов, средств радиосвязи и радионавигации, а также аудиоустройства. Пользовательский интерфейс может быть любым: устройства ввода-вывода (УВВ), устройства управления курсором (мышь, трекбол, джойстик, клавиатура и др.), устройство ввода текстовой информации. Вычислитель системы может содержать базу данных рельефа местности, базу навигационных данных. Различные компоненты авионики имеют как аналоговые, так и цифровые выходы, которые подключены к входам вычислителя системы.

Местоположение МВС на ВПП рассчитывается по прогнозу и сравнивается с данными, полученными в реальном времени с помощью навигационной системы. На воздушном участке определяется угол атаки и его допустимые значения. Текущее положение МВС на ВПП в процессе разбега может быть получено от INS и GPS. Позиция МВС на ВПП сравнивается с расчетной и определяется возможность безопасного продолжения взлета путем выработки визуальной или звуковой сигнализации. В процессе разбега оценивается возможность безопасного продолжения взлета путем сравнения расчетных параметров с фактической позицией МВС на ВПП. При отклонении фактических параметров разбега от расчетных система может выдать команду на прекращение взлета. База данных БВС содержит координаты торцов ВПП и осевой линии, что позволяет экипажу оценить положение МВС в точке старта (боковое уклонение, удаление от торца ВПП). И если боковое уклонение, например, больше трех метров система может выработать предупреждающие визуальные или звуковые сигналы.

Система также может контролировать взлетные скорости, скорость разбега МВС в зависимости от пройденного расстояния, определять расчетную скорость подъема передней стойки V_П.СТ в зависимости от взлетного веса G_ВЗЛ, режимов работы силовых установок. Система может прервать взлет при определенных условиях: превышения контролируемыми параметрами пороговых значений, недостаточной скорости или ускорения, недостаточности длины ВПП, предельном отклонении от взлетного путевого угла, потере тяги СУ, обнаружения препятствий на ВПП. Система может контролировать углы атаки, рассчитывать взлетные скорости V₁, V_П.СТ (V_R), V_ОТР (V_LOF) в зависимости от взлетного веса и ФМУ.

К недостаткам данной системы относятся отсутствие информации о текущих боковых и продольных составляющих скорости ветра и их допустимых значениях в зависимости от коэффициента сцепления на ВПП и ее технического состояния, о фактическом взлетном весе и системы предупреждения экипажа о его превышении максимально допустимого значения для сложившихся условий взлета. В заявленном устройстве не обеспечено визуальное отображение подстилающей поверхности ЗКП для любых МУ и видов покрытия МС, РД, ВПП в реальном режиме времени, и не обеспечено отображение рельефа подстилающей поверхности ЗКП на воздушном участке взлетной дистанции, отсутствует система раннего предупреждения столкновения с подстилающей поверхностью на воздушном участке взлетной дистанции с реализацией алгоритма «впередсмотрящего», не вырабатывает управляющие команды о готовности/неготовности судна к взлету. Кроме того, отсутствует бортовая оперативно-советующая экспертная система информационной поддержки экипажа, предназначенная для предотвращения авиационных происшествий при возникновении нештатных ситуаций и особых случаев в полете.

Техническим результатом первого изобретения является расширение функциональных возможностей интегрированных комплексов бортового оборудования МВС по представлению экипажу улучшенной внутрикабинной и закабинной обстановки на этапе «ВЗЛЕТ».

Правильно спроектированный формат отображения информации с учетом требований Авиационных правил, эргономики, психофизиологических возможностей человека по восприятию и обработке информации является одним из главных факторов обеспечения безопасности полетов на воздушных судах.

Имеются патенты по мониторингу взлета МВС за счет представления экипажу различных форматов (символогии) параметров взлета на базе применения интегрированной системы визуализации параметров взлета и визуализации подстилающей поверхности окружающей среды ЗКП.

Известны заявка РСТ №2011159412, G08G 5/00; G08G 5/02, опубл. 22.12.2011, и патент США №8344911, G02F 12/00, опубл. 01.01.2013, принятые за аналоги формата отображения взлетных параметров на взлетном индикаторе, который реализован посредством аппаратного состава и программного продукта. В настоящее время известны различные технические средства, предназначенные для маркировки ВПП (светосигнальные, щиты и другие) и для определения местоположения ВС на ВПП при разбеге. Эти маркеры могут идентифицировать номер ВПП, а разноцветные сигнальные огни ВПП освещать края и осевую линию, которые позволяют несколько снизить метеоминимум для взлета и посадки и обеспечить контроль разбега/пробега ВС. Однако при крайне низкой видимости светотехнические средства не могут обеспечить безопасный взлет.

Наиболее удобным с точки зрения обеспечения безопасности взлета в СМУ является способ отображения визуального вида ВПП на индикаторах системы отображения информации (СОИ) ВС и графического синтезированного отображения ВПП, которые хранятся в базе данных аэродромов вычислителя системы, занесенных в него заранее в зависимости от курса взлета/посадки на определенном расстоянии ВС от ВПП, расположения ВС на ВПП и в процессе разбега ВС.

С помощью модуля ввода/вывода, базы данных программного обеспечения получают схемы подхода к полосе взлета, при этом на дисплей выводятся расчетные и фактические параметры взлета. В качестве носителя базы данных аэродромов (графическое отображение ВПП, названия аэродромов, в зависимости от МК_взлета) могут быть использованы: жесткий диск, бортовой компьютер, флэш-память, перезаписываемые оптические диски и другие средства, в том числе съемные. Информация в бортовую вычислительную систему FMS может вводиться с использованием линий связи или с использованием беспроводных средств связи. Графическое синтезированное изображение ВПП может отображаться на прозрачном HUD-дисплее, на которое может накладываться полетная информация. На интегрированный пилотажный индикатор IPFD может выводиться синтезированное видеоизображение ВПП, имитирующее видимость ВПП из кабины экипажа.

Однако недостатками формата представления информации экипажу в заявленных изобретениях является отсутствие вывода на взлетный индикатор параметров динамики разбега ВС, ВВФ, а также управляющих команд (визуальных текстовых сообщений) на продолжение/прекращение