Xx международная научно-техническая конференция и Российская научная школа молодых ученых и специалистов Системные проблемы надёжности
Скачать 3.92 Mb.
|
Новичков В.М., Соколов А.А. (Национальный исследовательский университет) «МАИ») Diagnostic provisions architecture for UAV instrumental complex. Novichkov V.M., Sokolov A.A. This report is devoted to the results of diagnostic provisions architecture for fault-tolerant instrumental complex design for the small-sized UAV (unmanned aerial vehicle). The provisions could be implemented into software of instrumental complex for automatic failover. Проблема разработки отказоустойчивых приборных комплексов (ПК) для малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (ЛА) связана не только с малой точностью и надежностью современных интегральных датчиков, но и с тем, что их пилотажно-навигационные алгоритмы сложны с алгоритмической точки зрения. Эти алгоритмы подчас распределены по бортовым системам, совместная диагностика правильности их функционирования в полете затруднена, а подчас и недоступна. Эта проблема упрощается в малогабаритных беспилотных ЛА, где необходимость объединения разных бортовых систем в одном блоке или модуле определяется массогабаритными ограничениями, что, в свою очередь, приводит к необходимости решать все функциональные задачи на одном вычислителе. Цель разработки — повышение отказоустойчивости ПК для малогабаритного беспилотного ЛА за счет комплексной обработки данных от датчиков всех его функциональных систем и оперативной реконфигурации аппаратно-программных средств его ПК на основе данных комплексной диагностики. ПК, внезапные и постепенные отказы которого требуется контролировать, выполняет функции таких систем, как автопилот, система воздушных сигналов, инерциальная и спутниковая навигационные системы, магнитный компас, радиовысотомер, система технического обслуживания и система радиосвязи. Так как аппаратура ПК спроектирована так, что информация со всех датчиков доступна при выполнении любой функции, то появляется возможность построения алгоритма его комплексной функциональной диагностики во время полета ЛА. При этом повышение отказоустойчивости ПК в целом происходит из-за того, что часть датчиков в случае их отказа может быть заблокирована, а функции, в которых они задействованы, будут выполнены за счет комплексной обработки данных с других датчиков путем косвенных вычислений. Программное обеспечение, реализующее такой диагностический алгоритм, также, как и функциональное программное обеспечение всего ПК, должно удовлетворять требованиям стандарта КТ-178В. Комплексный диагностический алгоритм базируется на способах автоматического принятия решений при возникновении проблемных ситуаций. Возникновение проблемной ситуации определяются путем сравнения двух множеств состояний параметров полета: текущего, используемого автопилотом, и моделируемого в диагностическом алгоритме. Расхождение между этими множествами более заданного и определяет наличие проблемной ситуации. Формирование «диагностического» множества состояний осуществляется на основе данных, получаемых со штатных датчиков всех бортовых систем, и их накопления в памяти для применения в алгоритмах диагностики. Алгоритмы диагностики строятся на основе статистических методов распознавания, методе статистических решений, методах разделения в пространстве признаков, метрических методах распознавания, логических методах распознавания, методе распознавании кривых и других методах. При построении диагностического алгоритма важное значение имеет учет диагностических ценностей анализируемых признаков, в то время, как сами эти признаки выбираются на основе анализа соответствующих каждому датчику методах и особенностях средств измерений. Очевидно, что каждый из перечисленных методов применим с какими-то ограничениями. Так, например, метод Байеса, входящий в состав статистических методов распознавания, обладает высокой надежностью и эффективностью при большом количестве статистических данных, что хорошо для часто встречающихся ситуаций, но плохо работает при распознавании редко встречающихся проблемных ситуаций (диагнозов). Это связано с тем, что для корректного применения данного метода требуется набрать большой объем предварительной информации, а это затруднительно из-за сложности и высокой надежности бортовой аппаратуры. С другой стороны, чтобы избежать необходимости хранения статистических сведений, можно использовать, например, метод минимакса (входит в группу методов статистических решений), который рассматривает наихудший случай, приводящий к максимуму риска. Но тогда возникает другая проблема — сильно возрастает вероятность так называемой «ложной тревоги». Дополнительно к этим двум методам можно перечислить еще более двадцати других методов, каждый из которых обладает своими достоинствами и недостатками. Метод, который следует применить для выявления той или иной проблемной ситуации, выбирается на основе анализа достоинств и недостатков каждого из методов технической диагностики бортового оборудования. При этом также следует учитывать возможности ПК по контролю диагностических параметров в совокупности с доступными средствами встроенного контроля, как самих датчиков, так и других средств, используемых при управлении полетом ЛА. После выявления проблемной ситуации и выбора наиболее предпочтительного алгоритма реконфигурации можно обеспечить полную или только частичную реализацию выполнения основной задачи ЛА — успешное движение из пункта А в пункт Б с заданной точностью. Практическая значимость разработки состоит в увеличении продолжительности и точности полета ЛА по заданной траектории за счет повышения отказоустойчивости его ПК. Такой ПК имеет свойство парирования отказов с автоматическим выбором способа реконфигурации его активных средств (процессоров, модулей памяти, датчиков, разной сложности алгоритмов комплексной обработки информации и др.), что позволяет уменьшить негативный эффект от отказов, возникших во время полета малогабаритного беспилотного ЛА. ПОДГОТОВКА АВИАЦИОННОГО ТОПЛИВА К ЗАПРАВКЕ В ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ Новичков В.М., Новичков Б.М. (Национальный исследовательский университет) «МАИ») Preparation of aviation fuel for filling in aircraft. Novichkov V.M., Novichkov B.M. A method of sampling from aviation fuel flow, that provides: a high representativeness of the sample, high explosion safety of sampling technology and environmentally friendly process of sampling is discussed in this report. Подготовка авиационного топлива к заправке начинается с отбора пробы для контроля. Отбор проб топлива для летательных аппаратов относится к технике контроля и может быть использован в установках при производстве и испытаниях топливных, гидравлических и масляных систем, в авиационной промышленности после промывки корпусных и полых изделий, трубопроводов, прецизионных деталей, а также при заправке баков топливом, маслами и гидросмесями. После отбора проба доставляется в лабораторию, где производится фильтрация на контрольный фильтр. В предлагаемом техническом решении фильтрация на контрольный фильтр осуществляется автоматически в процессе отбора пробы. Технической задачей предложенного решения является расширение технологических и эксплуатационных возможностей существующих устройств по отбору пробы топлива, фильтрации его на контрольный фильтр и подготовки его к применению. Задача решается тем, что в устройстве для отбора пробы топлива с фильтрацией на контрольный фильтр содержится заборный патрубок, соединенный посредством трубопроводов со сменной кассетой, с фильтрующим элементом тонкой очистки и источником сжатого газа. С целью наиболее качественной промывки коммуникаций до входа в кассету, объем отборного патрубка, входного крана и трубопровода должны быть меньше минимального объема пробы. Устройство снабжено сменной кассетой с фильтрующим элементом тонкой очистки, а промывка входных коммуникаций устройства осуществляется с помощью технологического вкладыша. Задача решается и тем, что при отборе пробы должны соблюдаться условия изокинетичности, когда скорость потока в трубопроводе равна скорости пробоотбора. Условие изокинетичности является основным при отборе, так как оно более полно обеспечивает представительность пробы. При соблюдении условия изокинетичности концентрация частиц, отбираемых зондом, равна концентрации частиц в основном потоке. При неизокинетическом пробоотборе различают два случая: скорость пробоотбора меньше скорости основного потока и скорость пробоотбора больше скорости основного потока. В первом случае основной поток замедляется перед входным отверстием зонда, а во втором случае он всасывается с большей скоростью, чем скорость проходящей жидкости. В обоих случаях нарушается режим прохождения жидкости по пробоотборному зонду, а, следовательно, и искажается представительность пробы. Для того, чтобы проба была представительной, необходимо использовать ламинарный поток жидкости в магистральном трубопроводе, место отбора следует выбрать на прямом участке трубопровода и в вертикальной его части, чтобы исключить расслоение частиц в потоке под действием сил тяжести и седиментации. Зонд должен быть тонкостенным, а сопло зонда располагаться в центре магистрального трубопровода в направлении навстречу течения жидкости по трубопроводу. Кроме того, техническая задача решается и тем, что выход из узла контрольной фильтрации соединен с магистральным трубопроводом. При этом узел контрольной фильтрации, в котором расположена сменная кассета с фильтрующим элементом тонкой очистки на пористой подложке, выполнен разъемным, а продув узла контрольной фильтрации корпуса сменной кассеты с целью удаления из него остаточного топлива и осушения фильтроэлемента тонкой очистки, осуществляется из источника сжатого газа. Сброс продуктов продува производится в магистральный трубопровод через регулятор режима работы. Устройство работает следующим образом. Перед контрольной операцией промываются входные коммуникации. Топливо из магистрального трубопровода с установленным на нем регулятором режима работы отбирается посредством пробоотборного зонда, сопло которого направляется вниз, навстречу движению перекачиваемого топлива, проходит через входной кран, узел контрольной фильтрации и направляется в магистральный трубопровод. Под давлением сжатого газа, поступающего из источника сжатого газа для продувки и осушения фильтроэлемента тонкой очистки, топливо проходит через сменную кассету и направляется в магистральный трубопровод. Преимущества пробоотборного устройства: – использован изокинетический отбор пробы — при вертикально расположенном магистральном трубопроводе и с соплом отборного патрубка, расположенным вдоль вертикальной оси и направленным навстречу потоку жидкости. При таком расположении магистрального трубопровода частицы загрязнений равномерно располагаются по площади поперечного сечения трубы. В то время, как при горизонтальном расположении, частицы стремятся оседать на нижней стенке трубы; – удобство расположения и конструкция узла контрольной фильтрации дает возможность заменять сменную кассету с осушенным фильтром тонкой очистки непосредственно на рабочем месте; – управление процессом отбора с помощью сжатого газа дает возможность применять устройство для контроля топлива в обычном, не взрывозащищенном исполнении без использования электроэнергии; – закрытый пробоотбор дает возможность возвращать отобранное (иногда дефицитное) топливо в систему и обеспечивает экологичность этого процесса; – применение сменных кассет с фильтроэлементами тонкой очистки дает возможность оператору отбирать пробу с фильтрацией на контрольный фильтр последовательно на нескольких объектах контроля и доставлять готовые к анализу фильтры в лабораторию; – применена механизация отбора и обработки проб топлива. МНОГОУРОВНЕВАЯ РЕКОНФИГУРАЦИЯ В АППАРАТНОМ ДИАГНОСТИЧЕСКОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ БОРТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ УПРАВЛЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Новичков В.М., Ширшаков А.Е., Савкин Л.В. (ФГУП «НПО им. С.А .Лавочкина», Филиал ФГУП «НПО им С.А. Лавочкина, г.Калуга, Московский авиационный институт «МАИ») Multi-level reconfiguration in the hardware diagnostic support of onboard complexes of control in the modern spacecrafts. Novichkov V.M., Savkin L.V., Shirshakov A.E. The principles of the organization of diagnostic support onboard complexes of control on the example of the «Spektr-R» spacecraft are considered. Use of built-in hardware diagnostic systems in onboard complexes of control of the modern spacecrafts is offered. The main requirements imposed to diagnostic system are considered. The skeleton diagram of diagnostic system is provided. Проблема диагностики бортовых комплексов управления (БКУ) современных космических аппаратов (КА) становится особенно актуальной ввиду непрерывного роста сложности их аппаратного построения и программно-алгоритмического обеспечения. Как правило, в составе большинства БКУ современных КА можно выделить бортовую вычислительную систему (БЦВС), обеспечивающую выполнение вычислительных и управляющих процессов, а также задач контроля и диагностики аппаратной и программной составляющих БКУ. Не смотря на то, что вычислительные ресурсы БЦВС обеспечивают решение всех известных на сегодняшний день функциональных задач с определенным технологическим запасом по памяти и быстродействию, некоторые сбои и неисправности, возникающие в элементах БЦВС, не всегда удается локализовать с высокой степенью точности. Сложные элементы БЦВС, содержащие процессорное ядро, очень часто не выходят из строя полностью, а продолжают функционировать некорректно, пока программные модули контроля и диагностики после фиксации неисправности, не произведут реконфигурацию неисправных элементов БЦВС на резервные. Уровень автоматизации поиска неисправностей в отношении аппаратной части сложных цифровых модулей (вычислительные ядра, цифровые сигнальные процессоры и т. п.) остаётся невысоким. При этом аппаратная часть системы диагностики, как правило, входит в состав бортовой вычислительной системы (БЦВС) и не выделяется как самостоятельная аппаратура среди других подсистем БКУ. В связи с ростом сложности аппаратного построения БКУ современных КА, ставится вопрос о возможности аппаратного выделения диагностической системы из состава БЦВС БКУ и рассмотрении ее в качестве самостоятельной подсистемы БКУ. В данной работе предложен вариант построения диагностической системы БКУ в качестве самостоятельной аппаратной подсистемы на основе реконфигурируемых вычислительных систем, построенные на базе полей ПЛИС FPGA. Практическая значимость заключается в том, что использование многоуровневых реконфигурируемых систем в аппаратном диагностическом обеспечении позволит воспроизводить и имитировать работу сложных элементов БКУ. Это, в свою очередь, даст возможность более эффективно производить автоматическое распознавание неисправностей, возникающих в БКУ, и анализировать причины, приведшие к их возникновению. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕНОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ УДАРОЗАЩИТЫ РЭС Батуев В.П., Шелков Е.А. (УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина; ФГУП НПО Автоматики им. акад. Н.А.Семихатова) Mathematical modeling metallic foam elements of shock protection electronic equipment. Batuev V.P., Shelkov E.A. Mechanical shocks of high intensity require special methods of protection. The possibility of using metallic foams crash energy absorbers for protect electronic equipment from mechanical loadings of high intensity are considered. Provides methods for modeling the mechanical properties using the ANSYS LS-DYNA software. При разработке радиоэлектронных средств специального назначения часто приходится решать задачи их защиты от механических воздействий вибрационного и ударного характера. Одним из наиболее опасных при этом являются одиночные механические удары, максимальные ускорения которых могут достигать 1000g и более. Вопросы защиты РЭС от одиночных ударов высокой интенсивности имеют свою специфику и требуют использования специальных средств и методов. Использование традиционных методов удароизоляции, в которых снижение механической энергии, получаемой конструкцией от основания, обеспечивается путем отстройки собственных частот колебаний конструкции от преобладающих частот воздействия, оказывается малоэффективным, особенно, при наличии в спектре ударной нагрузки мощных низкочастотных составляющих. В этом случае более эффективным может стать использование методов ударогашения, основанных на повышении диссипативных свойств системы путем использования специальных демпфирующих элементов – поглотителей колебаний, в частности, использовании так называемых энергопоглощающих материалов. Большая группа таких материалов представлена пенометаллами – новым классом высокопористых ячеистых материалов с низкой плотностью и новыми механическими свойствами. Особое место в ряду пенометаллов занимает пеноалюминий, который обладает высокой удельной прочностью и эффективно поглощает энергию удара. Различают закрыто- и открыто-пористый пеноалюминий. Свойства их существенно отличаются. В энергопоглощающих элементах чаще используется закрыто-пористый пеноалюминий. Этот материал способен поглотить значительную энергию при их деформировании, причем для пенометаллов эта энергия определяется главным образом энергией, поглощенной при их пластической деформации. Математическое моделирование пенометаллических материалов сегодня развивается в двух направлениях: методы микро- и макромоделирования. В первом случае реальные материалы аппроксимируются периодической микроструктурой, состоящей из отдельных ячеек, или пористой микроструктуры с определенным законом распределением пор по объему материала. При моделировании изделий, изготовленных из пенометаллов, детализация до уровня отдельных ячеек или пор не только не всегда возможна даже для современных компьютерных технологий, но представляется нецелесообразной с точки зрения требуемых затрат на моделирование. Как следствие этого, интенсивно развивается направление макроскопического описания пеноматериалов. В этом случае пеноматериалы рассматриваются как эквивалентная однородная среда, а моделирование механических свойств пеноматериалов осуществляется путем использования экспериментально полученных феноменологических зависимостей, например в форме зависимостей напряжение – деформация. При использовании пеноматериалов для изготовления аварийных (crash) энергопоглощающих элементов требуется учет нелинейности их свойств. В работе для моделирования механических свойств пеноматериалов предложено использование классической модели материала с билинейным кинематическим упрочнением с соответствующими параметрами упругости и пластичности. В системе ANSYS (решателе LS-DYNA) для этого использована модель *MAT_CRUSHABLE_FOAM. |
Похожие:
 |  | Хіі международная научно-практическая конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых | |
| Хіі международная научно-практическая конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых | | Общества Электронных приборов (eds) Института электро- и радиоинженеров (ieee,usa) на базе Томского политехнического университета... |
| Ссионального образования «Башкирский государственный аграрный университет» (Башкирский гау) проводит Вторую международную молодежную... | | Совет студенческого научного общества Национального фармацевтического университета приглашают Вас принять участие в ХХIІІ международной... |
| Конференции студентов и молодых ученых на английском языке «Актуальные вопросы медицины», которая состоится 28 апреля 2015 года в... | | Представлены материалы конференции молодых ученых «Актуальные проблемы современной механики сплошных сред и небесной механики», прошедшей... |
| Хіі международная научно-практическая конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых | | Межвузовская научная конференция студентов и молодых ученых с международным участием на английском языке |