СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СИСТЕМ БОРТОВОГО НАВИГАЦИОННО-ПОСАДОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КУРС-МП-2 и КУРС-МП-70

Таранов Андрей Игоревич

Можин Юрий Николаевич

студенты 4 курса, кафедра САУ, СибГАУ, г. Красноярск

Е-mail: churyahin@rambler.ru

Чурляева Наталья Петровна

научный руководитель, д. п. н., проф. СибГАУ, г. Красноярск

Курс МП — это марка широко применяемого в гражданской авиации систем бортового навигационно-посадочного оборудования. В настоящее время в эксплуатации имеются две их разновидности — «Курс-МП-2» и «Курс-МП-70», назначение и основные эксплуатационно-технические характеристики которых одинаковы, но различаются составом оборудования и конструктивным исполнением. В данной статье мы проводим сравнительный анализ этих систем на основе теории Марковских процессов [1, с. 57] и временных рядов [1, с. 65].

Марковский процесс является важной разновидностью случайного, или стохастического процесса, происходящего с системой. Таковым является, например, полет ракеты, выводимой в заданный момент времени в заданную точку с заданной скоростью, поскольку фактическое движение ракеты не совпадает с расчетным из-за таких случайных процессов, как турбулентность атмосферы, ошибки в отработке команд, неоднородность горючего и т. п.

Стохастический процесс, протекающий в системе S, с дискретными состояниями s₁, s₂, … s_i, называется Марковским, если для любого момента времени t ₀ вероятность каждого из состояний системы в будущем (при t > t ₀) определяется только ее состоянием в настоящем (при t = t ₀) и не зависит от её поведения в прошлом (при t < t ₀).

Временной ряд представляет собой ряд наблюдений за определенным параметром изучаемой системы в дискретные, равноотстоящие моменты времени с целью прогнозирования будущих состояний системы исходя из текущих и прошлых значений временного ряда. В данной статье используются статистические методы прогноза, включающие в себя: 1) исходные данные; 2) прогнозирующую модель; 3) методы сглаживания; 4) ошибки прогноза.

1.  При рассмотрении исходных данных исключаем выбросы, т. е., наблюдения, которые не характерны для прогнозируемого процесса. После исключения выбросов принимаем предположение о том, что ошибки в исходных данных подчиняются закону нормального распределения.

2.  Если в момент Т задана последовательность наблюдении Х_t для t < Т, то прогнозирующая модель задает множество выходных переменных в векторной форме Х_T+t = А_T F(t), где вектор А_T представляет собой вектор коэффициентов модели, получаемых по результатам наблюдений за поведением системы до наступления момента Т; матрица F — набор аппроксимирующих функций. В данной статье для анализа локальных изменений в качестве F используется полином 1-й степени (сглаживающая прямая).

3.  Система сглаживающих множителей включает весовые множители W_j при каждом j-м наблюдении. В данной статье для сглаживания используется скользящее среднее — оценка методом наименьших квадратов, с единственной константой для модели прогноза и одинаковыми весовыми множителями для исходных данных. Этому соответствует функция F (t) = 1 для всех t.

4.  Ошибки прогноза оцениваются аналогично погрешностям физических изменений.

Рассмотрим теперь технический аспект поставленной в статье задачи. Бортовая навигационно-посадочная система «Курс МП-2» состоит из двух идентичных комплектов, которые могут либо работать одновременно, либо резервировать друг друга. В состав каждого из комплектов входят:

·     курсовой, глиссадный и маркерный радиоприемники;

·     навигационное устройство;

·     блок сигнализации отказов;

·     блок управления;

·     селектор курса;

·     устройство баланса нуля фазового детектора.

В состав аппаратуры также входят:

·     селектор режимов;

·     блок коммутации;

·     комбинированные пилотажные приборы.

По своим параметрам аппаратура «Курс МП-2» соответствует нормам на бортовую аппаратуру, обеспечивающую посадку при метеоминимуме II-категории.

Бортовая навигационно-посадочная система «Курс МП-70» включает:

· два навигационно-посадочных устройства УНП, каждое из которых выполняет функции курсового и глиссадного приемников, устройства обработки сигналов;

· блок встроенного контроля, где сосредоточены низкочастотные элементы встроенного контроля и выбора режима контроля;

· блок резервирования, обеспечивающий автоматическую коммутацию одного из двух УНП независимо по трактам курса или глиссады;

· маркерный радиоприемник: два пульта управления;

· два селектора курса и селектор режимов.

Основные параметры аппаратуры «Курс МП-70» соответствуют нормам на бортовую аппаратуру, обеспечивающую посадку при метеоминимуме III-категории. Навигационно-посадочное устройство функционально разделяется на курсовой и глиссадный приемники.

На основе анализа структурных схем и сводных технических паспортов систем «Курс-МП-2» и «Курс-МП-70» было выявлено, что при эксплуатации данных систем существуют несколько типичных групп отказов:

· отсутствие показаний азимута, причиной чего является неисправность в выходном каскаде глиссадного канала приборов УН-2П (для системы «Курс-МП-2) и УНП (для системы «Курс-МП-70»);

· отсутствие показаний курса, причиной чего является неисправность в выходном каскаде курсового канала приборов УН-2П (для системы «Курс-МП-2») и УНП (для системы «Курс-МП-70»);

· нестабильность выдаваемых данных, причиной чего является отказ блока встроенного контроля (для системы «Курс-МП-70»):

· перегрев и выход из строя моноблока «Курс-МП-2», причиной чего является выход из строя двигателя обдува из системы охлаждения моноблока (на структурной схемы не указан);

· полный отказ системы, который обуславливается выходом из строя блоков УН-2П (для системы «Курс-МП-2») или УНП (для системы «Курс-МП-70»). Причиной этому обычно служит нестабильность в сети электроснабжения самолета.

После применения методов моделирования технических систем «Временные ряды» и «Марковские процессы»,  мы выяснили, что система бортового навигационно-посадочного оборудования «Курс-МП-70» является более надежной, живучей и работоспособной по сравнению с предшествующей ей системой «Курс-МП-2». В то же время и она не лишена недостатков.

В первую очередь к ним можно отнести отказ выходного каскада азимутального канала навигационно-посадочного устройства УНП, к которому относится треть всех отказов на всем сроке службы данной системы. В то же время эта поломка достаточно легко устранима путем замены антенны системы DМE, что к тому же положительно сказывается на живучести системы.

В противовес этому, система «Курс-МП-2», согласно полученным данным, имеет значительно худшие надежностные и эксплуатационные характеристики. Так, она имеет очень низкий начальный запас надежности, и в ней наблюдается резкое его уменьшение уже после первого периода эксплуатации в 2000 летных часов. Кроме того, чуть менее половины всех отказов этой системы приходится на поломки, связанные с перегревом моноблока «Курс-МП-2», что вызвано выходом из строя двигателя обдува из системы охлаждения. В системе «Курс-МП-70» эта проблема решена путем разработки новой схемы охлаждения моноблока при помощи набегающего потока воздуха, забираемого непосредственно из-за борта воздушного судна.

Что касается сроков наработки систем до первого капитального ремонта, то на рисунке ниже изображены смоделированные изменения вероятностей нахождения систем «Курс-МП-2» и «Курс-МП-70» в состоянии полного отказа:

Рисунок 1. Зависимость от времени вероятностей нахождения систем «Курс-МП-2» и «Курс-МП-70» в состоянии полного отказа.

Из графиков на Рис. 1. видно, что вероятность наступления полного отказа системы «Курс-МП-70» в течение первых 5-ти итераций на компьютере (что соответствует 10 000 летных часов) находится на очень невысоком уровне (28 % и ниже). В тоже время аналогичные показатели у системы «Курс-МП-2» превышают этот уровень уже на З-й итерации (6 000 часов). Таким образом, система Курс-МП-2 не может подтвердить свой изначальный ресурс до первого капитального ремонта — 8 000 часов. В то же время, система «Курс-МП-70» не только подтверждает свой изначальный запас надежности, но и показывает лучшие результаты, имея еще один период эксплуатации в запасе.

Список литературы:

1. Лукьяненко М.В., Чурляева Н.П.. Моделирование технических систем и процессов: учеб. пособие. Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2007. — 132 с.