Разработка беспилотных авиационных комплексов, безопасных к использованию в воздушном пространстве

1. РАЗРАБОТКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЕМ И КАЧЕСТВОМ ПРОЕКТОВ БЕСПИЛОТНЫХ АВИАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ, БЕЗОПАСНЫХ К ИСПОЛ

РАЗРАБОТКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ
УПРАВЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЕМ И КАЧЕСТВОМ
ПРОЕКТОВ БЕСПИЛОТНЫХ АВИАЦИОННЫХ
КОМПЛЕКСОВ, БЕЗОПАСНЫХ К
ИСПОЛЬЗОВАНИЮ В ВОЗДУШНОМ
ПРОСТРАНСТВЕ
Д НДІ ПФМ – 32/2009
Объект исследования
- процесс разработки беспилотных
авиационных комплексов, безопасных к использованию в воздушном
пространстве
Предмет исследования – направления и средства проектирования
и управления процессом создания многоцелевых беспилотных
авиационных комплексов, безопасных к использованию в воздушном
пространстве с учетом требований безопасности полета.
Решаемая
проблема:
обеспечение
необходимого
уровня
безопасности использования беспилотных авиационных комплексов
в воздушном пространстве и их конкурентоспособности в условиях
сокращения времени и уменьшения затрат, путем разработки
методов, моделей, методик и современных информационных
технологий проектирования и управления процессом разработки,
доведенных до уровня возможности практического использования.

2.

Цель проекта – сокращение сроков и затрат на разработку
беспилотных авиационных комплексов в условиях повышения
требований к безопасности и ограниченного финансирования
путем упорядочения процесса проектирования и повышения
эффективности выполнения проектных действий на основе
интеллектуальных информационных технологий проектирования
и моделирования.
Практические задачи, на решение которых направлен проект:
• разработка методов и методик формирования норм летной
годности БАК которые обеспечивают их безопасное
использования в воздушном пространстве;
• разработка методов и методик формирования перечня работ по
проектированию и их упорядочение на основных этапах
создания БАК;
• разработка методов и методик обоснования выбора методов
проектирования и методов оценки качества проектных решений
путем математического и физического моделирования при
ограниченных сроках и объемах финансирования;
• разработка функциональной и структурно-параметрической
моделей экспериментального беспилотного авиационного
комплекса разных уровней в соответствии с этапами разработки,
в условиях повышенных требований его безопасного
использования в воздушном пространстве;
• разработка основных положений методики сертификации БАК;
• разработка архитектуры компьютерной системы мониторинга
процесса создания беспилотного авиационного комплекса
поддержки принятия решений.

3. НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ БАТ

Потребности рынка в беспилотной авиационной технике
Пути удовлетворения потребности
Закупка готовой
техники
Производство
по лицензии
"Жесткая" зависимость от
конструкторского
сопровождения
Собственная
разработка и
производство
Возможности модификаций,
модернизации,
положительное влияние на
собственную экономику
Стоимостные показатели сильно
зависят от объемов потребности
и свойств потребной техники
Отсутсвие единой системной нормативной базы и инфраструктуры
БА, в первую очередь НЛГ, НПП, НТЭРАТ и Эксплуатантов БАТ

4. ЮРИДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ВВЕДЕНИЯ БАК В КОНТРОЛИ-РУЕМОЕ ПРОСТРАНСТВО

Государство
Законы:
ЮРИДИЧЕСКИЕ
АСПЕКТЫ
РЕШЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ
ВВЕДЕНИЯ БАК
В КОНТРОЛИРУЕМОЕ
ПРОСТРАНСТВО
Государственный
надзор за
безопасностью
авиации. Гос.
Инспекция по
безопаности
полетов. Система
защиты от
незаконного
вмешательства
Воздушный
Кодекс Украины
Уголовный
Гражданский
Кодекс Украины Кодекс Украины
Использование
воздушного
пространства:
безопасное опасное
Безопасность
полетов
?
Летная годность
Авиация,
Авиационный
Авиационно-транспортные
системы,
персонал
Воздушное
Разработчики,
судно
Производители,
Эксплуатанты,
Системы ОиУВД,
Системы сертификации,
Летная годность’
Учебные заведения
(сертификат
летной годности)
Система
организации
и управления
воздушным
движением
Система
сертификации
?
Воздушное
судно
беспилотное
?
?
?
Производитель
Летная годность”
(сертификат
типа)
Разработчик
Разработчик
беспилотной АТ

5. СИСТЕМНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ АВИАЦИИ, КАК СЛОЖНОЙ СОЦИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Потребитель
(пользователь)
Потребности
!
!
Система Авиация
Разработчики,
производители,
ремонтные
предприятия, учебные
заведения
Система
регистрации и
допуска к работе
Система
сертификации
Инспекции
безопасности
полетов
Минтранс
Система
защиты от
актов
незаконного
вмешательства
Государственный надзор
за обеспечением
безопасности авиации
Государственное регулирование
Договор, финансы
Авиационнотранспортная система
ый
ционн
а
и
в
а
ЛА ,
ал
персон
Полезная
нагрузка
Услуги
Оконечные устройства (терминалы)
ЭКСПЛУАТАНТ
Службы подготовки и обеспечения
полетов
Перевозок и
авиаработ
Аэродромная,
Авиационной
медицинская,
безопасности
метео, ГСМ,
Инженерноорнитологическая,
авиационная
авиационного
имущества и др.
Летная
ЛА
Экипаж
Воздушное судно (ВС)
Система обслуживания
и управления
воздушным движением
Другие ВС

6. ПРОБЛЕМНАЯ СИТУАЦИЯ Основное противоречие

Отсутствие единой системной
нормативной базы и инфраструктуры БА,
в первую очередь НЛГ, НПП, НТЭРАТ и
эксплуатантов БАТ
Безопасность эксплуатации
(использования, применения)
Отсутствие пилота, как основного
элемента системы безопасности
Отсутствие свойств летной годности БЛА
Параметры качества БПЛА:
1. безопасность,
2. условия эксплуатации и
применения (зоны применения,
решаемые задачи и
метеорологические условия)
Финансовые
возможности и
сроки разработки
Формирование
рациональной
структуры работ
Беспилотный авиационный
комплекс, безопасного
применения в воздушном
пространстве
Правовые
ограничения

7. СТРУКТУРА БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННО-ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ

СТРУКТУРА БЕЗОПАСНОСТИ АВИАЦИОННОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ
Безопасность полета
Летная годность
Самолет
РЛЭ
Экипаж
Службы
подготовки и
обеспечения
полетов
Служба УВД
Авиационно-транспортная система
Функциональная структура БАК
БЛА
Самолет
Система
РЛЭ
безопасности
Автоматический пилот
Линия
связи и управления
Наземная станция управления
Экипаж
Text
НЛГ

8.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ПО
ПРИЗНАКУ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ
Воздушные суда (ВС)
ВС, обладающие
свойством летной
годности
(пилотируемые)
ВС
гражданс
-кие (ГА)
Решение
Кабинета
Министров
Государственные ВС
(МО, МВД,
МЧС)
ВС ограниченной
летной годности, у
которых в нормах
нет «пассажиров»,
а есть «люди на
борту»
Экспериментальные
ВС
перевозки
Опционально
пилотируемые
ЭВС:
· «Иргут 850»
· МиГ «Скат»
· Як-130 БЛА
Экспериментальные
ВС (ЭВС)
Экспериментальные ВС
испытания и
исследования
ЭВС
беспилотное с
автоматически
м экипажем и
«вынесенным»
КВС, а также
полным
гашением
энергии
Пилотируемые
ЭВС со
свойством
ограниченной
летной годности
Полностью
автономные
ЭБПВС
ЭВС не
обладающие
летной
годностью
ЭБПВС с
каналами
приема
входной
информации
Радиоуправляемые в
ручную
ЭБПВС
Беспилотные
Повышение безопасности

9. СИСТЕМНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ВОЗДУШНОГО СУДНА (ВС)

ВС
ЛА
органы
управления
ЛА
Другие ВС
Информационные системы
КВС ЛПР
Средства
связи
Экипаж
Рабочий
процесс
Внешняя
среда
управление ЛА;
управление ВС;
управление
рабочим
процессом.
Система
организации и
управления
воздушным
движением
КВС ЛПР (командир воздушного судна - лицо принимающее
решения):
управляет ситуацией в закабинном пространстве;
управляет ситуацией на приборной доске;
управляет ситуацией по информации членов экипажа;
управляет ситуацией по собственным ощущениям;
поддерживает связь с ОУВД и другими ВС,
принимает решения.

10. ПРИНЦИПЫ БЕЗОПАСНОСТИ

Общесистемные принципы
Полное подчинение
действующей системе
Авиационных правил,
- обязательное
прохождение всех
сертификационных процедур
- разработка по методу
типовой конструкции с
выполнением всех стадий и
этапов разработки.
-обязательное
сопровождение и контроль
эксплуатации со стороны
разработчиков и
государственных
контролирующих органов
- наличие НЛГ;
БАК
Функциональное замещение
экипажа на борту,
- наличие командира
воздушного судна (КВС).
- автоматический пилот,
работающий по РЛЭ;
- линии связи и
управления;
- система безопасности.
Независимость от полезной
нагрузки.
Защита от постороннего
вмешательства.
Постоянство связи БЛА Экипаж- система УВД, другие
ВС
Визуальная и
радиолокационная
видимость и
опознаваемость.
БЛА
Соответствие НЛГ
Предсказуемость поведения
- контролируемость
поведения
- определенность
поведения в отказных
состояниях;
Сохранение устойчивости,
управляемости, невыход на
критические режимы
Непрерывное формирование
сигнала исправного
состояния
Безопасное прекращение
полета
- Ограничение энергии
движущихся частей при
посадке.
- Планируемые
разрушения конструкции.

11. БЕСПИЛОТНОЕ ВОЗДУШНОЕ СУДНО КАК ЧЕЛОВЕКО-МАШИННАЯ СИСТЕМА

12. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТУКТУРА БЕСПИЛОТНОГО АВИАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА (БАК)

Управление воздушным движением
БАК
Другие воздушные суда
Руководство БАК
Операционная часть (эксплуатант)
Станция полезной
нагрузки
Летная часть
Система приема и
обработки
сигналов полезной
нагрузки
Комплекс подготовки,
отработки полетного
задания и контроля
готовности операторов
Пульт и система
управления
полезной нагрузки
Наземная станция
управления полетом
(НСУ)
Терминал
потребителя
Аппаратура
управления и
самолетовождения
Средства связи с
БЛА
Система
бесперебойного
энергообеспечения
БЛА №1 … № N
Техническая
часть
Стартовый комплекс
Техническая
подготовка к полетам
Техническая позиция
технического
обслуживания и
ремонтов
Хранилище БЛА
Хранилище
комплектующих
изделий
Обеспечение
Укрытие личного
состава
Транспорт
Энергообеспечение
Системы связи:
- внутренние
- внешние

13.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТУКТУРА БЕСПИЛОТНОГО
ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА (БЛА)
БЛА
БЛА пустой снаряженный
БЛА пустой
Конструкция
Снаряжение и служебная нагрузка
Автоматический пилот
Силовая установка
Оборудование и
управление
Система
кондиционирования электронных блоков
Аэронавигационные огни,
проблесковые
маяки
Система
электроснабжения
Полная нагрузка
Система
поддержания
заданных режимов
полета
Система автоматического
регулирования режимов
полета
Система автоматического
регулирования работы
силовой установки
Невырабатываемое топливо,
расходуемые материалы,
съемное снаряжение
Система
полезной
нагрузки
Система безопасности
Система анализа состояний
Топливо
Полезная нагрузка
Система управления
полезной нагрузкой
Радиосистема
передачи данных
Система прекращения полета
Система энергообеспечения
Система предотвращения
столкновений
Система
энергообеспечения
полезной нагрузки
Система управления
полетом
Ответчик
Информационно
измерительная
система
Радиосистема
передачи
данных
Система
Система радиоанализа хода
управления
полета
с Земли
Фильтр
безопасности
Радиоприемник
команд с Земли

14. СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ

Безопасность использования ВП
Требования по безопасности полетов
Требования к АТС
Требования к БАК
Требования к
эксплуатации
...
Управление
воздушным
движением
НЛГ ЛА
Система
обмена
информацией
Требования к
вынесенному
экипажу
...
Подсистема беспилотной авиации
Система авиации
Требования к
наземной
части

15. ЕДИНСТВО СВОЙСТВ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА (ПОЛЕЗНЫЕ, НЕЙТРАЛЬНЫЕ, ОПАСНЫЕ)

Проектирование – это создание технического объекта с заранее заданными
полезными свойствами с учетом нейтральных и опасных свойств.
Результат проектирования – комплект конструкторской, технологической и
эксплуатационной документации, позволяющее изготовить нужное количество
идентичных экземпляров ЛА, эксплуатировать в течении заданного срока в
области безопасных эксплуатационных режимов
Область возможных режимов полета (свойства)
Переходные режимы
Критические и
опасные
режимы
Область
эксплуатационных
режимов полета
Причины:
Граница, определенная
НЛГ
Сопутствующая причина не
позволяет вернуться в
область эксплуатационных
режимов
Непосредственная
причина (возможность
переводит в реальность)
Главная причина авиационного
происшествия по свойствам
(создает возможность)

16. ИДЕОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ НЛГ

17. СИСТЕМНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ НЛГ

18. ИДЕОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ НЛГ БАК

Вынесенный
экипаж
Дополнительные
требования
БАК
Наземная
часть
Структура
БАК
Направления
формирования
НЛГ БАК
Система обмена
информацией
Среда
БЛА
Автопилот
Руководство
по летной
эксплуатации
Требования к
вынесенному
экипажу
Требования
к наземной
части
Нормальный
полет, критические
режимы
Требования к
системе обмена
информацией
ЛА
Отказы
функциональных систем
Трансформирование требований
НЛГ ЛА к БЛА
Внутри
ЛА
Внешние
условия

19. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ НЛГ

Суть:
- установление границ нормальной безопасной эксплуатации,
- установление методов безопасного управления,
- установление структуры и параметров внутреннего устройства ЛА.
Направления:
- проведение экспериментальных и теоретических исследований ЛА на
предмет определения свойств ЛА во всей области возможных режимов
полета, исследование критических и опасных режимов в полетах натурных
ЛА, летающих моделей, математическим моделированием,
- проведение испытания ЛА на предмет установления соответствия ЛА
требованиям норм и достаточности установления пределов нормальной
эксплуатации,
- анализ и обобщение опыта эксплуатации,
- анализ результатов расследований катастроф, аварий, инцидентов и
отказов.
Методы:
- натурные испытания,
- полунатурное моделирование,
- физическое моделирование на летающих моделях,
- математическое моделирование.

20. СХЕМА ТРАНСФОРМИРОВАНИЯ НЛГ JAR VLA В ТТЛГБЛА

21. СТРУКТУРА НЛГ БЛА

1. Предисловие. Основные понятия и принципы обеспечения
безопасности.
- отношение к беспилотной безопасности как к новому виду и части авиации;
- основные принципы устройства подсистемы беспилотной авиации;
- взаимосвязь между безопасностью полетов и летной годностью БАТ;
- место в АТС, полеты в зоне под руководством руководителя полетов.
Структура БАК и требования безопасности БАК, НЛГ БЛА – требования по
БП к БЛА;
- принципы безопасности.
2. Категория ВП и категория БАТ к которым относятся данные НЛГ
БЛА.
3. Административная часть JAR VLA.
4. Дополнения, связанные со спецификой БАТ
- структура БЛА;
- обеспечение прочности (специфически расчетные случаи, коэффициент
безопасности, конструкционные материалы);
- специфические бортовые системы:
- фильтр входных сигналов;
- системы формирования сигнала «к пуску готов»;
- системы формирования сигнала исправного состояния;
- система безопасности;
- автоматический пилот.

22. ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ РАЗРАБОТКИ БАК

Решение о
проведении
маркетинговых
исследований
Маркетинговые
исследования
Есть условия
для
разработки ТТЗ
на ВС
Разработка
проекта ТТЗ и
проекта СБ
Проект ТТЗ
Проект
сертификацион
ного базиса
Разработка
аванпроекта
Одобрение
аванпроекта
Аванпроект
Утверждено
ТТЗ
Начало
эскизного
проектирования
Эскизное
проектирование
Эскизный
проект
1
Макет ВС
2
1. Подача заявки Укравиатрансу
на получение Сертификата типа
2. Разработка сертификационного базиса
Одобрение
эскизного
проекта
1
Решение о
выполнении
технического
проектирования
и построение
образца ВС
Разработка
технического
проекта
Подготовка
СЗИ
Технический
проект
Решение в
проведении
СЗИ
Образец ВС
Оформление
акта СЗИ,
СЗИ
Результаты
СЗИ
Доказательной
документации,
установление
типовой
конструкции
Построение
образца ВС
Акт СЗИ
Доказательная
документация
Типовая
конструкция
Оформление
предъявления
ВС на СКИ
3
2
4
4. Подготовка
к проведению СЗИ
3. Оценка образца вместе с
его компонентами.
Утверждение макету.
6. Предъявление ВС
на СКИ
5
Анализ
результатов
СКИ
СКВ
3
5. Проведение СЗИ - этап Заказчика
Установление типовой конструкции
Решение о
проведении
СКИ
Результаты
СКИ
Оформление
Сертификата
типа
Подтверждение
соответствия
4
7. Проведение СКИ этап Укравиатранса
5
9. Сертификационные испытания ДЛЛ
8. Анализ результатов СКИ
Сертификат
типа
образца АТ

23.

Содержание эвристической модели БЛА
Устройство БЛА и работа его систем
Структурно-параметрическая модель
Функционирование частей
ЛА пилотируемый
Эвристическая
модель
отражает
наиболее общие
свойства БЛА.
Предназначена
для
исследования
ВСЕХ свойств
БЛА и
установления
границ
предельных
режимов
Части, связанные
с человеком
Пилот
Функции пилота
Функции,
обеспечивают
человека
Дополнительные
устройства
Автоматический
пилот
Функции
автоматического
пилота
Дополнительные
функции
Беспилотные ЛА
Модель функционирования
Штатное
Не штатное
Свойства ЛА
Пределы нормального функционирования
Особенности устойчивости и
управляемости
Эксплуатационные режимы
Дефекты устойчивости и
управляемости
Критические режимы
Запредельная (опасная) область

24. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ СЕРТИФИКАЦИОННЫХ РАБОТ

Заказчик
Заявка
Письмо
Укравиатранс
Письмо
Договор
Бюро оформления
договоров
Отдел планирования
сертификационных
работ
ГАНИЦ
Входящая
документация
Отдел экспертизы
входящей документации
Центральное научное
учреждение и
сертификационный
центр БАТ (ХАИ)
План и программа
сертификационных
работ
Лаборатория
КМ
Первоначальная
входящая
документация
Производственный
отдел
Отдел оформления
документации
Доказательная
документация
Лаборатория
аэродинамики
...
Лаборатория
прочности

25. КОНЦЕПЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЕМ ПРОЕКТА СОЗДАНИЯ БАК

Сертификат
типа
Моделирование
Математическое
Аналитическое
Имитационное
Статистическое
Физическое
Продувки в трубах
Исследования на СЛМ
Исследования самолетованалогов
Прочностные
исследования
Летные исследования
образца
Стендовое исследование
образца
Полунатурное