ГЛАВА 2. Система регистрации полётных параметров самолёта ТУ-154
Самолёт ТУ-154 оснащается бортовым магнитным регистратором МСРП-64 в состав которого входят значительное количество датчиков, блок сбора и преобразования информации (БСПИ), кассетный борто-вой накопитель (КБН), защищённый бортовой накопитель (ЗБН) и зву-ковой регистратор (Марс-БН).
Датчики регистрируют и посылают в БСПИ сведения о следу-ющих параметрах:
Высота барометрическая (т. е. высота над уровнем моря).
Высота истинная (расстояние от самолёта до поверхности по вертикали (земля, кроны деревьев, крыши зданий и т. п.).
Скорость полёта (показание указателя скорости в кабине пи-лотов).
Угол атаки (под каким углом к плоскости крыла набегает на него поток воздуха).
Боковая перегрузка.
Вертикальная перегрузка.
Угол отклонения правого руля высоты от нейтрали.
Угол отклонения левого руля высоты от нейтрали.
Угол крена машины.
Курс полёта по гирокомпасу.
Тангаж (угол наклона носа самолёта вверх или вниз).
Положение рукоятки управления двигателя.
Мгновенный расход топлива двигателя.
Число оборотов двигателя.
Положение рукоятки управления двигателя.
Мгновенный расход топлива двигателя.
Число оборотов двигателя.
Положение рукоятки управления двигателя.
7
Мгновенный расход топлива двигателя.
Число оборотов двигателя.
Угловая скорость тангажа (как быстро самолёт опускает (поднимает) нос).
Ход штурвала.
Отклонение педалей.
Отклонение колонки штурвала.
Отклонение правого элерона.
Отклонение левого элерона.
Отклонение руля направления.
Отклонение стабилизатора.
Отклонение закрылков.
Ход траверсы управления по крену.
Ход траверсы управления по курсу.
Ход траверсы управления по тангажу.
Давление воздуха в кабине.
Ход штока триммера.
Отклонение левого элерон-интерцептора.
Отклонение правого элерон-интерцептора.
Напряжение бортовой сети.
Суммарный остаток топлива.
Блок сбора и преобразования информации (БСПИ) полученные данные преобразует в вид, удобный для записи, и направляет их в кассетный бортовой накопитель (КБН), и в защищённый бортовой накопитель (ЗБН).
КБН находится в пилотской кабине и используется в повседневной работе. Катушки с магнитной лентой, на которой записываются пара-метры полёта доступны и эти записи используют для анализа полётов, разбора действий экипажа, анализа отказов техники и всех других
8
случаях, когда необходимо отследить поведение машины. Пилоты не-редко называют КБН «ябедником».
ЗБН находится в хвостовой части машины и экипажу недоступен. ЗБН представляет собой сферу оранжевого цвета, изготовленную из высокопрочных материалов. Она выдерживает перегрузку в 1000g, и 50-минутный нагрев до 1000°C. Ёмкость магнитной ленты и КБН и ЗБН позволяет записывать параметры полёта за последние 17–20 часов. МСРП-64 включается автоматически с момента подачи напряжения на электросеть машины (неважно, от внутренних источников (генерато-ры, аккумуляторы) или внешних (стационарная сеть аэродрома, ма-шины запуска двигателей и т. п.)) и выключается при выключении бортового электропитания. Т. е. на ленте остаются параметры не только последнего полёта, но и нескольких предыдущих.
При катастрофе самолёта КБН чаще всего разрушается, а ЗБН, расположенный в той части самолёта, которая обычно страдает мень-ше всего, сохраняется, хотя и не всегда в самом лучшем виде.
Запись магнитной ленты требует расшифровки на компьютере, после чего можно получить обычные графики на бумаге или смодели-ровать поведение самолёта на экране монитора. Можно также эти данные использовать на тренажёре и полу-чить едва ли не пол-ную картину, происхо-дившего в кабине са-молёта во время полё-та (показания прибо-ров на каждый мо-мент, положение ор-ганов управления).
9
Кроме ЗБН в хвостовой части самолёта устанавливается звуковой регистратор Марс-БН. Внешне он выглядит также как и ЗБН, но пред-назначен для записи на магнитную ленту всех переговоров экипажа в последние 30 минут. Впрочем, если быть точным, то Марс-БН записы-вает речь и звуки с каждой розетки подключения гарнитуры (наушни-ки и микрофон). Естественно, что если, например, с гарнитуры второ-го пилота говорит не он, а скажем террорист, то будет записана речь террориста.
Причём, каждая розетка пишется на отдельную дорожку. Так, что при одновременной речи с нескольких розеток, каждая из них будет записана чисто и без помех. Обычно на показания "черного ящика" уповают как на беспристрастного свидетеля, который все расскажет, все прояснит, назовет причину катастрофы. Однако это далеко не все-гда так. Во-первых при катастрофах нередко записи повреждаются так, что из них мало что удается извлечь. Во-вторых, далеко не все, что хотелось бы знать фиксируется САРППом. Здесь немало техниче-ских трудностей. Например - электропитание. Знаю случай, когда в полете вышли из строя генераторы и последние полтора часа полета не были записаны совсем. В-третьих, регистрируются параметры, а не причины. Например, случай, когда совершенно исправный египетский пассажирский самолет Боинг -737 внезапно упал в море. ЗБН сохра-нился. Расшифровка показала, что полет проходил нормально, но за-тем внезапно рули были отклонены вниз, и самолет спикировал в во-ду. Что произошло в кабине и почему, осталось неизвестным.
В настоящее время предлагаются системы, фиксирующие не только речь и звуки с гарнитур, но и звуки, и даже изображение всего происходящего в кабине, пассажирском салоне, впереди самолета. Также предлагается дублировать все данные на землю с тем, чтобы в случае гибели бортовых накопителей информации, данные все же,
10
были бы сохранены. Пока это очень дорого и даже США не могут себе этого позволить. Однако технически все это вполне реализуемо и оче-видно со временем будет внедрено.
Системы САРПП стремительно развились в последние десятиле-тия. Вспомним, что еще в 1968 году на самолете Ю. Гагарина не было вообще никаких систем регистрации полетных параметров. Их при-шлось после катастрофы собирать на срезанных самолетом березках (так определили угол, под каким падал самолет), на остатках прибо-ров (сорвавшиеся с крепления стрелки отпечатались на цифербла-тах), расчетными и эмпирическими данными. Если бы САРПП на том самолете была, сколько бы домыслов, беспочвенных обвинений, фан-тазий было бы отметено сразу.1
Рассказать, как действует такая система, можно на примере маг-нитного регистратора МРСП-64. Регистратор включает в себя 64 дат-чика, устройства для сбора и преобразования информации, кассетный и защищенный накопители и пульт управления.
Датчики определяют высоту, скорость, курс самолёта, положе-ние штурвала, педалей, углы от-клонения элеронов, рулей высоты и направления, режим работы раз-личных систем (частоту вращения роторов двигателей, расход топли-ва) и т. д. Измеряемую величину датчики преобразуют в импульс то-ка. Вот как работает, например, датчик высоты полёта. Это барометр, мембрана которого соединена с подвижным контактом потенциометра
1
http://u.to/9EpeAQ
11
— переменного сопротивления. При изменении высоты, а значит, и атмосферного давления мембрана прогибается, перемещая движок потенциометра и меняя таким образом напряжение на выходе датчи-ка. Число оборотов турбины двигателя «подсчитывает» специальный прибор. Небольшой магнит, прикреплённый к валу турбины, враща-ясь, вызывает появление импульса тока. Похожим образом устроен и датчик расхода топлива, только там турбинку с магнитом вращает по-ток керосина в трубопроводе. Для каждого датчика установлено соот-ветствие между величиной замеряемого параметра и выходным напряжением. Полученные непрерывно меняющиеся электрические сигналы принято называть аналоговыми. Существует ещё один тип сигналов — двоичные, типа «да-нет». Они отражают одно из двух со-стояний какой-либо системы, например шасси выпущено или нет, за-крылки убраны или нет. Все сигналы поступают в электронный комму-татор. Условно его можно описать как ряд расположенных по кругу неподвижных контактов, каждый из которых соединён со «своим» датчиком. Их роль играют электронные «ключи» — схемы на полупро-водниках. Они последовательно подключаются к центральному кон-такту, вращающемуся с постоянной скоростью. Один оборот— полный цикл подключений — называется кадром. Кадр МРСП-64 содержит 64 канала. Аналоговый сигнал, таким образом, поступает в коммутатор через определённые промежутки времени. Для медленно меняющих-ся величин — высоты или скорости — частота опроса может быть не-велика. По-иному обстоит дело с быстро меняющимися параметрами, скажем вертикальной перегрузкой. Этот показатель особенно важен при приземлении. В момент касания земли вертикальная перегрузка у самолёта резко возрастает, и, чтобы получить её максимальное зна-чение, нужно увеличить частоту опроса. В регистраторе МРСП-64 для медленно меняющихся параметров принята частота 2 Гц (подвижный
12
контакт совершает два оборота в секунду), а для быстро меняющихся — 8 Гц.
Из коммутатора через выходной контакт сигнал попадает в анало-гоцифровой преобразователь. Здесь полученная в виде электрических импульсов информация переводится в цифровую запись. В МРСП-64 используют код, при котором все величины представлены целыми числами от 0 до 255. Точность регистрации составляет 1/255, что со-ответствует возможной ошибке в 0,5 %. Оценить точность всей изме-рительной системы — задача достаточно сложная; для её решения требуются иногда лётные испытания. Большинство параметров изме-ряется с погрешностью до нескольких процентов.
Перед началом полёта экипаж с пульта управления вводит в кадр дату, номер рейса, бортовой номер летательного аппарата и текущее время. На пульте есть сигнализация, свидетельствующая о нормаль-ной работе регистратора.
Преобразованная информация поступает в защищенный бортовой накопитель (ЗБН) и кассетный бортовой накопитель (КБН).
Защищенный бортовой накопитель, собственно, и есть «чёрный ящик». Вот только он не чёрный, а... оранжевый. Яркая окраска необ-ходима, чтобы его было легче найти на месте катастрофы. «Чёрный ящик» - это контейнер обтекаемой формы, внутри которого находится лентопротяжный механизм, магнитные головки и катушки с магнитной лентой. Катушки расположены одна под другой, и лента перематыва-ется с верхней на нижнюю или с нижней на верхнюю. Каждая вмеща-ет информацию о 17-20 ч полёта. Как только лента перемотается с од-ной катушки, направление её движения автоматически меняется, и запись продолжается, а данные о последних 17-20 ч сохраняются.
13
ЗБН называется защи-щенным не случайно. Кон-тейнер сделан из высоко-прочных материалов и по-крыт теплозащитным сло-ем, чтобы даже в экстре-мальных условиях запи-санная информация уцеле-ла. В соответствии с требо-ваниями Норм лётной год-ности ЗБН выдерживает ударную нагрузку до 1000 g (единица ускоре-ния силы тяжести g = 9,8 м/с2) и температуру до 1100°С в течение 50 мин. на 50% своей поверхности. После таких воздействий контейнер из оранжевого часто становится действительно чёрным...
Обычно ЗБН устанавливают в хвостовой части самолёта, насколь-ко возможно далеко от двигателей и потенциальных очагов пожара. Питается прибор от аккумулятора, напряжение в котором сохраняется даже при выключении всех бортовых генераторов. Накопитель авто-матически включается в начале полёта и выключается в конце. Сло-вом, предусмотрено всё, чтобы сохранить информацию в любой ситу-ации. ЗБН открывают редко — только когда проверяют состояние си-стем самолёта через каждые несколько сот часов работы. Аля записи текущей информации (только скорость, высота и некоторые другие параметры) служит КБН; его кассету снять легко — как с обычного магнитофона. На многих самолётах и вертолётах установлен ещё один оранжевый «чёрный ящик» — звуковой регистратор. Наиболее распро-странённый тип — «Марс-БН». Он записывает переговоры членов эки-пажа друг с другом и с землёй; сохраняются данные о последних 30 мин. Прослушивают такие записи на специальных магнитофонах, на
14
которых можно выделять сигналы с определённым спектром частот, многократно прослушивать особо интересный участок разговора и вы-полнять некоторые другие операции. Для воспроизведения, обработки и анализа информации о параметрах полёта нужна более сложная техника, в частности ЭВМ. Информацию с бортового накопителя пере-писывают на жёсткий диск, затем обрабатывают и получают таблицы или графики изменения параметров. По ним судят о работе техники и действиях экипажа, рассчитывают траекторию полёта. Один час полё-та может быть прочитан примерно за минуту. Анализ данных проводят специалисты высочайшей квалификации. Подобная информация нуж-на не только для того, чтобы выяснить причины аварии, но и для ре-шения повседневных задач, например для оценки ресурса летатель-ного аппарата.
15
Размещение основных элементов магнитного регистратора МРСП-64 на борту самолёта Ту-154 и параметры, которые он записывает.
1 - высота; 2 - скорость; 3 - угол атаки; 4,5 - перегрузка; 6 - от-клонение руля высоты; 7 - крен; 8 - курс; 9 - положение рукоятки управления двигателем; 10 - мгновенный расход топлива; 11 - частота вращения ротора двигателя; 12 - ход штурвала; 13 - отклонение педа-лей; 14 - отклонение колонки штурвала; 15 - отклонение элерона; 16 - отклонение руля направления; 17- отклонение закрылков; 18 - напря-жение бортовой сети; 19 - суммарный остаток топлива; 20 - отклоне-ние стабилизатора.