СРЕДСТВА СБОРА И РЕГИСТРАЦИИ ПОЛЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Назначение и классификация бортовых устройств регистрации

По статистике причины около 7% авиакатастроф нельзя объяснить. При расследовании летных происшествий (ЛП) и инцидентов прояснить их причины, т.е. ответить на вопрос – «Как это произошло?», сделать выводы и предотвратить будущие ЛП можно используя в качестве дополнительного источника информации данные объективного контроля. При выполнении авиационной деятельности объективный контроль представляет собой технологический процесс регистрации информации от бортовых средств объективного контроля (бортовые СОК) и ее обработку с помощью специальных технических средств. ИКАО указывает на высокую ценность информации бортовых СОК, как дополнительного источника информации, для оценки действий экипажа и работы оборудования ВС в полете, обслуживании ВС и профилактики авиационных происшествий. Информацию бортовых СОК используют для решения следующих задач:

- анализа причин и предупреждения ЛП (отказы бортовой и наземной аппаратуры, человеческий фактор и т.д.);

- диагностики и прогнозирования технического состояния бортового оборудования;

- оценки действий экипажа при выполнении полетного задания;

- совершенствования профессиональной подготовки летного состава и т.д.

Бортовые СОК это такие технические средства, которые устанавливают на ВС в соответствии с требованиями ИКАО для сбора, регистрации и сохранения информации об условиях полёта, действиях экипажа и функционировании бортового оборудования воздушного судна (ВС). В настоящее время существует следующие виды бортовых СОК:

- бортовые устройства регистрации параметрической информации (БУР ПИ);

- бортовые устройства регистрации звуковой информации (БУР ЗИ) (переговоры экипажа по внешней или внутренней связи, звуковая обстановка в кабине экипажа);

- бортовые устройства регистрации видеоинформации (БУР ВИ) (показания приборов и сигнальных табло, положение органов управления, обстановка в кабине экипажа);

- интегральные устройства (появились в последнее время), которые совмещают в себе функции БУР ПИ и БУР ЗИ.

На сегодняшний день все ВС (за исключением только самых маленьких) оборудованы БУР ПИ и БУР ЗИ.

Бортовое устройство регистрации (БУР, самописец) - устройство, которое используют в авиации для записи параметров полёта, работы оборудования и переговоров экипажа ВС. В БУР входят датчики, блоки преобразования и обработки сигналов и накопители (устройства записи с носителем информации), которые записывают на носитель параметрические (данные от органов управления, приборов и систем и т.д.) и звуковые данные. В регистраторах обычно предусмотрена возможность привязки записываемых значений параметров к шкале реального времени.

Современные ВС обычно оборудованы двумя комплектами БУР - эксплуатационным (информацию БУР регулярно используют после полёта для контроля работы систем и действий экипажа; не имеет защитного корпуса) и аварийным (информацию БУР используют только при ЛП; имеет защитный корпус). Корпус БУР может иметь форму шара, цилиндра или параллелепипеда (оболочки такой формы лучше выдерживают внешнее давление) и окрашен в ярко оранжевый или ярко красный цвет (облегчает поиск БУР при ЛП), а для облегчения поиска аварийного БУР в него встраивают радиомаяк или акустический «пингер» с автоматическим включением при аварии. Для уменьшения объема записи некоторые БУР ПИ предварительно обрабатывают информацию, которую снимают с объекта контроля (ОК), что позволяет записывать только те параметры, значения которых вышли за установленные допуски. За последние годы БУР претерпели серьезные конструктивные изменения, поменяли внешний вид и стали более надежными.

В средствах массовой информации БУР часто называют «чёрный ящик», т.е. устройство, которое выполняет определённые функции, а его внутренняя структура неизвестна или не принципиальна. Существует три версии возникновения названия «чёрный ящик»:

- детали функционирования первых БУР были засекречены и его запрещалось обслуживать наземному техническому персоналу (кроме контроля работоспособности). Эти меры были приняты для обеспечения максимальной объективности при расследовании ЛП;

- после катастрофы корпуса БУР часто был черного цвета от копоти;

- в основе носителя информации первых БУР были светочувствительные материалы, а они «требуют» темноты.

В 1930-е годы было запатентовано устройство звукозаписи в кабине самолёта, которое помещалось в прочный защитный корпус и напоминало фонограф Эдисона (на валик нарезалась звуковая дорожка).

Однако БУР ПИ появились раньше БУР ЗИ – в 1939 г. французы Уссено и Бодуэн создали БУР ПИ, где луч света от отклоняющегося зеркала «рисовал» графики на фотопленке (подобного типа система аварийной регистрации параметров полёта (САРПП-12) была создана в СССР в 19… г.).

Считают, что первый "черный ящик" изобрел австралийский учёный Дэвид Уоррена (David Warren, 1925-2010; ведущий сотрудник оборонной научно-технической организации Австралии с 1952 по 1983 г.).

В 1953 г. во время бури около Калькутты (Индия) потерпел катастрофу из-за поломки руля высоты первый реактивный пассажирский самолет «Комета-1» (разрушился в воздухе, погибло 43 чел.). Причину поломки установить не удалось. Работая в комиссии по расследованию катастрофы, Уоррен пришел к мысли, что если бы комиссия имела записи параметров полета и переговоров экипажа, то это помогло бы установить причину катастрофы.

Спустя некоторое время Уоррен приступил к созданию первого БУР (научно-исследовательская лаборатория аэронавтики (Aeronautical Research Laboratory), Мельбурн) и в 1957 г. создал действующую модель «чёрного ящика» (рис. 1), который записывал на магнитную ленту параметры полета и переговоры экипажа (длительность регистрации 4 ч.). БУР был обёрнут в асбест и помещен в прочный стальной корпус.

Рис. 1. Параметрический и речевой аварийный регистратор Уоррена

Глава Агентства регистрации ВС Великобритании (United Kingdom Air Registration Board), находясь в Австралии (1958), ознакомился с БУР Уоррена и пригласил изобретателя в Англию, где в его распоряжение была выделена команда учёных для совершенствования устройства. Новая модель «чёрного ящика» была помещена в ударопрочный и огнеупорный корпус (позже БУР стали продавать во многие страны).

После катастрофы самолёта в Австралии (Квинсленд, 1960 г.), суд обязал (впервые в мире) авиакомпании этой страны оборудовать аварийным БУР Уорена гражданские самолёты, выполняющих коммерческие рейсы. Спустя некоторое время это сделали и другие страны, но только спустя много лет БУР стали широко применять в мировой авиации.

В 70-е годы XIX века, после вступления СССР в Международную организацию гражданской авиации (ИКАО), «чёрные ящики» стали устанавливать на ВС «Аэрофлота».

Позднее БУР ПИ и БУР ЗИ были конструктивно разделены: первый поместили в хвост самолёта, который при катастрофе обычно разрушается меньше, второй - в кабину экипажа (рис. 2). Со временем БУР ЗИ тоже перенесли в хвост фюзеляжа.

БУР ПИ можно классифицировать по таким признакам - целевое назначение, принцип записи и форма представления информации при записи.

Исходя из целевого назначения БУР ПИ делят на:

- аварийные. Предназначены для установления причин ЛП. Все ВС оснащены аварийными БУР ПИ, что позволяет сократить число неустановленных причин ЛП и разработать мероприятия по их предупреждению. По современным требованиями аварийные БУР ПИ должны регистрировать не менее 40 АП (например, барометрическая высота НБ, приборная скорость VПР, вертикальная nY и продольная nX перегрузки, углы отклонения рулей направления Н и высоты В, элеронов Э) и 60 РК (например, САУ включена, Шасси выпущены, Отказ двигателя).

Накопитель в контейнере должен сохранять информацию при воздействии ударных нагрузок до 1000g (импульс до 10 мс), температуры 1000°С (15 мин), агрессивных жидкостей (2 ч) и морской воды (5 сут). Для выполнения требований применяют специальные средства защиты ПИ - прочный, жаростойкий и теплозащитный контейнер, средства плавучести и замедления скорости падения;

Современный стандарт TSO-C124 требует обеспечения сохранности данных в следующих условиях:

- полный охват огнём в течение 30 мин.;

- ударные перегрузки до 3400 g в течение 6 мс;

- статические перегрузки более 2 т в течение 5 мин.;

- погружение на глубину 6000 м в течение месяца.

- эксплуатационные. Предназначены для оперативного контроля действий экипажа и состояния АТ. Это позволяет оценить качество действий экипажа, обучать ЛС, уменьшить трудоемкость ТО и повысить показатели готовности и надежности АТ. Статистическая обработка данных БУР ПИ и результатов обработки позволяет прогнозировать состояние АТ. БУР ПИ этого типа записывают более 400 АП и РК. Накопитель не защищен. Специфическое требование к этому типу БУР ПИ - большая длительность сохраняемой непрерывной записи ПИ ( 10 ч) и возможность быстрой смены носителя бортового накопителя или перезаписи его информации;

- комбинированные. Сочетают функции аварийных и эксплуатационных БУР ПИ. Их выпускают в варианте с одним (имеет защиту от разрушений) или двумя накопителями (один накопитель не имеет защиты);

- испытательные. Применяют при летных испытаниях ВС. Их отличительная особенность - большое количество регистрируемых параметров ( 1000), что требует оснащения ВС большим количеством ПИП (планер, силовая установка, оборудование и т.д.). В таких БУР ПИ можно изменять состав и частоту опроса ПИП, а также телеметрически передавать регистрируемую ПИ на землю.

По способу записи БУР ПИ делят на:

- механические (рис. 3). При регистрации ПИ устройство записи механически воздействует на носитель ПИ, что деформирует его, или наносит на его поверхность красящее вещество. Часто подвижный элемент ПИП перемещает пишущую иглу по носителю (бумага, фольга, пленка). Недостаток способа записи: низкая плотность и точность записи; проблемы регистрации высокочастотных сигналов; большие удельные объем и масса на 1 параметр; трудность автоматизации обработки ПИ;

- оптические (рис. 4). Построены на базе шлейфовых осциллографов, которые имеют достаточно простую конструкцию. Для записи на носитель (светочувствительная бумага, пленка) используют световой луч. Достоинство записи - простота и наглядность представления результатов, а недостаток - ограниченное число регистрируемых параметров, невысокая точность и плотность записи, быстрый рост массы при увеличении количества параметров регистрации, необходимость записи электрических нулей параметров перед полетом, сложность автоматизации обработки данных;

- магнитные. Датчики параметрической информации подключаются последовательно к кодирующему устройству. После формирования кода параметра производится магнитная запись его значения на носитель информации (магнитная или металлическая лента);

- электронные. Принцип формирования кода параметра аналогичен БУР с магнитным способом записи, но запись их значений производится на твердотельное запоминающее устройство.

БУР можно классифицировать по типам используемых носителей информации:

- фотобумага или фотопленка (например, САРПП-12);

- стальная проволока (например, МС-61Б, П-503Б);

- магнитная лента (например, МАРС-БМ);

- твердотельное запоминающее устройство (например: П-507М, Р-ЗБН (защищенный БУР ЗИ).

В зависимости от типов сигналов, которые используют для отображения ПИ на носитель, регистрирующие устройства делят на непрерывные и дискретные во времени или на аналоговые и цифровые.

При записи на носитель регистрируемый сигнал можно квантовать по времени и уровню. В зависимости от того, используют квантование по времени или нет, сигналы делят на непрерывные и дискретные во времени.

Если в каждый момент времени значение регистрируемого параметра однозначно соответствует значению сигнала на носителе, то такой сигнал и устройство регистрации называют непрерывным (аналоговым).

Если приведенное выше условие не выполняется, то такой сигнал и устройство регистрации называют дискретным. К дискретным относят импульсные устройства регистрации, в которых применяют импульсную (широтно-импульс-ную, время-импульсную модуляции и др.) или кодово-импульсную модуляцию.

2. Бортовые устройства регистрации. БУР являются частью бортовой аппаратуры НБАСК, в состав которого входят БУР ПИ и БУР ЗИ (рис. 3).

Рис. 3. Структурная схема бортовой части НБАСК

БУР ПИ предназначены для записи в полете на носитель информации параметров, которые характеризуют состояние ОК. Контролируемые параметры снимают с первичных измерительных преобразователей (ПИП) ОК, которые с помощью коммутатора подключают к каналу регистрации БУР ПИ, где сигнал от ПИП кодируют и выдают для записи в бортовой накопитель. БУР ПИ записывают данные (АП, РК, служебные данные) на носитель в виде кадров информации, где кадр представляет собой цикл опроса коммутатором всех измерительных каналов. Внутри кадра параметр (АП, группа РК) представлены в виде информационного слова, содержание которого определяет циклограмма БУР ПИ. Циклограмма определяет каналы регистации параметров и номер разряда регистрации РК.

БУР ЗИ предназначены для записи на носитель информации речи с выходов радиоприемников/самолетного переговорного устройства (СПУ), ларингофонов/абонентской гарнитуры и звуковой обстановки в кабине ВС.

2.1. Измерительный преобразователь. Современная измерительная техника позволяет измерить более двухсот различных физических величин (электрические, магнитные, тепловые, акустические, механические, оптические и т.д.), большую часть которых при измерении преобразуют в электрические величины. Это обусловлено достоинствами электрических измерений сигналов - точность измерения, простота усиления, простота и высокая скорость передачи на расстояние, простота, высокая скорость и точность преобразования в цифровой код и т.д.

Применение преобразования физической величины является единственным методом получения измерительной информации об ОК. Необходимую информацию о состоянии ОК и внешних воздействиях получают в виде значений отдельных физических величин с помощью измерительных преобразователей. Эти физические величины называют сигналом и они однозначно связаны с контролируемой физической величиной/параметром ОК.

Измерительный преобразователь (датчик) - это техническое устройство, которое предназначено для выработки сигнала измерительной информации в форме недоступной для непосредственного восприятия наблюдателем, но удобной для передачи, преобразования, обработки и хранения. В основе работы измерительного преобразователя используют какое-либо физическое явление/процесс, который происходит под действием измеряемой физической величины.

Для эффективного функционирования измерительный преобразователь должен отвечать таким требованиям:

- высокая статическая и динамическая точность работы, что обеспечивает минимальные искажения выходного сигнала;

- высокая избирательность, т.е. реагирование только на изменения той величины, для которой он предназначен;

- стабильность характеристик во времени;

- высокая надежность при работе в неблагоприятных условиях внешней среды;

- повторяемость характеристик;

- простота и технологичность конструкции;

- удобство монтажа и обслуживания;

- низкая стоимость.

Различают первичные и промежуточные измерительные преобразователи. ПИП стоят первыми в измерительной цепи, воспринимают измеряемую физическую величину и преобразуют ее в сигнал измерительной информации (например, терморезистор термометра сопротивления), а промежуточные - занимают любое место после первичного.

Обычно измерительный преобразователь предназначен для выполнения одного измерительного преобразования и получения информации об одном параметре - измеряемой величине. Все побочные параметры измерения являются помехами. Каждый измерительный преобразователь имеет естественную входную величину, для измерения которой на фоне помех он предназначен. Аналогично выделяют естественную выходную величину преобразователя.

2.2. Структура и принцип работы цифрового БУР ПИ с магнитным способом записи. В качестве примера рассмотрим БУР ПИ МСРП-64-2 (рис. 4). МСРП-64-2 записывает информацию, которая циклически поступает от ПИП по 64-м измерительным каналам (ОД, 48 АП, 32 РК, минутные отметки времени, служебные сигналы). Коммутатор подключает измерительные каналы к каналу регистрации с частотой 2 Гц. Информацию записывают на магнитную ленту 8-разрядным параллельным двоичным кодом с приведенной погрешностью 1,5% (без учета погрешности ПИП). За один цикл движения магнитной ленты (прямой и обратный ход) длительность записи данных составляет 24 ч. В состав МСРП-64-2 входит 2 накопителя: эксплуатационный и аварийный (включается вручную с пульта или автоматически при достижении заданной скорости полета).

Для формирования текущего информационного слова коммутатор, в зависимости от типа параметров (АП, РК, ОД), подключает измерительные каналы к 8-разрядному АЦП или распределителю дискретных данных.

На вход ДАП (ПИП АП) поступают физические значения измеряемых АП, которые ДАП обычно преобразуют в напряжение постоянного тока 0..6,3В. С выхода ДАП, который подключен коммутатором для преобразования и регистрации информации (команда к1-к7, к9-к15, к17-к23, к25-к39, к41-к47, к49-к55, к57-к63), сигнал поступает в 8-разрядный АЦП и формирователь выходных сигналов.

АЦП работает по принципу поразрядного кодирования (будет рассмотрен далее). Сигнал с ДАП устройство сравнения последовательно сравнивает с эталоном (8-разрядный АЦП имеет 8 эталонов). Уравновешивание сигнала с ДАП начинается с эталона, который равен половине максимального значения. В зависимости от результата сравнения получают значение в старшем разряде кода, который снимают с АЦП. Если эталон больше входной величины, то в старший разряд регистра преобразования заносят «0», а входную величину ypaвновешивают следующим эталоном, значение которого в 2 раза меньше предыдущего. Если первый эталон меньше или равен входной величине, то в старший разряд регистра заносят "1", а затем ypaвновешивают разность входной величины и первого эталона. Аналогичные действия выполняют для всех используемых эталонов. После окончания преобразования входная величина будет уравновешена суммой тех эталонов, у которых в соответствующих им разрядах регистра преобразования занесена "1". Погрешность АЦП q/2, где q = 2n-1 число уровней квантования (n - число разрядов АЦП).

С выхода ДРК (ПИП РК, не входят в комплект МСРП-64-2) снимают сигнал, который характеризует состояние агрегата или системы ВС типа "включен-выключен", "исправен-неисправен" и т.д. При наличии сигнала на входе ДРК с его выхода снимают +27В постоянного тока, а при отсутствии - 0В.

При выборе коммутатором канала регистрации РК (команда к8, к24, к40, к56) в распределителе дискретных сигналов запускается субкоммутатор, который в зависимости от поступившей команды разрешает распределителю съем сигнала с соответствующих 8-ми ДРК (наполняют данное информационное слово в соответствии с циклограммой). Состояние каждого бита информационного слова соответствует состоянию соответствующей РК (наличие РК - «1», отсутствие - «0»). На выходе распределителя формируется информационное слово измерительного канала в виде сигналов Р1..Р8.

№кадра	Номер бита	8	7	6	5	4	3	2	1	БУР ПИ по каналу 0 записывает ОД (вводят с пульта управления): текущее время, номер борта и рейса, дата, месяц и последняя цифра года полета. При выборе коммутатором канала регистрации ОД (команда к0) в распределителе дискретных сигналов запускается субкоммутатор для формирования ОД в соответствии с форматом их представления по кадрам субкадра (состоит из 10 кадров), т.к. нельзя записать все ОД в одно информационное слово (см. таблицу). Информационное слово с ОД состоит из 2-х 4-разрядных слов закодированных в системе 2-4-2-1 (цифра указывает на вес разряда 4-разрядного слова). БУР ПИ производит запись на носитель служебную информацию (отметка времени (МОВ) с периодом 1 мин., калибровочные сигналы (напряжение 0 и 6,3В), адресные сигналы (канал, кадр, субкадр - используют при обработке ПИ)) при поступлении с коммутатора в распределитель дискретных сигналов команды ккадр. Сформированное информационное слово поступает с формирователя выходных сигналов в накопитель для записи на носитель информации (магнитный, съемное энергонезависимое запоминающее устройство). Пример расположения информации измерительных каналов 2..62 на магнитном носителе показан на рис. 5.
	Вес разряда слова в коде 2-4-2-1	2	4	2	1	2	4	2	1
	Наименование ОД
0	Час	4р	3р	2р	1р	4р	3р	2р	1р
		Десятки	единицы
1	Минута	4р	3р	2р	1р	4р	3р	2р	1р
		Десятки	единицы
2	Число	4р	3р	2р	1р	4р	3р	2р	1р
		десятки	единицы
3	Месяц	4р	3р	2р	1р	4р	3р	2р	1р
		десятки	единицы
4	последняя цифра года		4р	3р	2р	1р
			единицы
5	номер рейса	4р	3р	2р	1р	4р	3р	2р	1р
		тысячи	сотни
6		4р	3р	2р	1р	4р	3р	2р	1р
		десятки	единицы
7	номер объекта		4р	3р	2р	1р
			десятки тысяч
8		4р	3р	2р	1р	4р	3р	2р	1р
		тысячи	сотни
9		4р	3р	2р	1р	4р	3р	2р	1р
		десятки	единицы

Рис. 5. Расположение информации по дорожкам носителя МСРП-64-2

2.3. Общие рекомендации по проектированию, установке и использованию БУР РИ

БУР РИ должен соответствовать следующим требованиям:

- выполнять по крайне мере следующие виды записей:

а) внешней двусторонней речевой связи, которая производится по радио на борту ВС;

б) звуковой обстановки в кабине экипажа;

в) речевых переговоров в кабине экипажа членов летного экипажа через систему внутренней связи;

г) речевых или звуковых сигналов опознавания аэронавигационных средств или средств обеспечения захода на посадку, поступающих к летному экипажу через головные телефоны или динамик;

д) речевой связи летного экипажа через систему обращения к пассажирам (если она установлена);

- контейнер должен иметь:

а) ярко-оранжевую или ярко-желтую окраску;

б) отражающий материал для облегчения его обнаружения;

в) устройство, которое обеспечивает обнаружение БУР ПИ под водой;

- микрофоны в кабине экипажа должны размещаться в оптимально расположенных местах для облегчения распознавания голосов и других звуков для записи речевых переговоров, которые ведутся с рабочих мест командира ВС и 2-го пилота, а также переговоров других членов экипажа в кабине, которые ведут в направлении рабочих мест пилотов. Для этой цели лучше всего устанавливать подвесные микрофоны для непрерывной записи по отдельным каналам;

- минимальная вероятность повреждения записи. Для выполнения этого требования БУР ПИ надо располагать как можно ближе к хвостовой части, а на герметизированных ВС - вблизи задней герметической перегородки;

- электропитание должно поступать от шины, которая обеспечивает максимальную надежность работы БУР РИ, не нарушая работоспособность основных или аварийных систем и оборудования;

- необходимо наличие слуховых/визуальных средств для предполетной проверки нормальной работы БУР РИ;

- при наличии устройства для "тотального" стирания, его конструкция должна быть такой, которая делает невозможной работу устройства в полете или ударе при ЛП.

2.4. Структура и принцип работы БУР ЗИ с магнитным способом записи. БУР ЗИ (рис. 6) предназначены для записи звука с выходов радиоприемников/СПУ и с ларингофонов/гарнитуры на магнитный носитель (проволока, магнитная лента).

Пульт управления (рис. 7) предназначен для:

- включения устройства;

- выбора режима (непрерывный, автопуск) и источника записи (ларингофоны, выход СПУ);

- контроля работы устройства.

БУР ЗИ включают тумблером ВКЛ-ВЫКЛ (происходит подсвет надписей).

Режим работы (непрерывный, автоматическое включение - автопуск) выбирают тумблером АВТОПУСК-НЕПРЕРЫВНАЯ РАБОТА (зависит от продолжительности полета, продолжительнос-ти и периодичности записи звука). В режиме НЕПРЕРЫВНАЯ РАБОТА (выбирают при длительности полета менее 5,5 ч) запись выполняется без потерь в отличие от режима АВТОПУСК.

Режим автопуска включает/выключает лентопротяжный механизм (ЛПМ) при появлении/окончании сигнала со входов ЛАР/СПУ:

- включает ЛПМ при поступлении сигнала частотой 1000 Гц на вход ЛАР/СПУ;

- выключает ЛПМ через 5..25с после снятия сигнала.

Рис. 7. Пульт управления (1 - индикаторная лампа ЗАПИСЬ; 2 - регулировка подсвета; 3 - лампа подсвета)

Уровень сигнала срабатывания для автопуска можно регулировать.

Тумблером ЛАР-СПУ производят выбор источника звука для записи - при положении тумблера ЛАР звук записывают с ларингофона, а при СПУ – со средств радиосвязи. Оператор может прослушивать записываемый звук и тракт СПУ и средства радиосвязи.

Блок автоматики ЛПМ и ЛПМ обеспечивает:

- включение аппарата без пульта управления;

- коммутацию сигнала прослушивания;

- транспортирование носителя по щелям головок;

- выключение протяжного механизма при окончании/обрыве носителя или сгорании предохранителя и выдачи сигнала на запуск резервного аппарата записи.

При включении БУР ЗИ (тумблер ВЫКЛ-ВКЛ в положении ВКЛ):

- подается питание на двигатель и электромагнит;

- срабатывает электромагнит и отжимается тормозная колодка;

- растормаживается ведомая кассета;

- включается двигатель и приводит в движение ведущую кассету для перемещения носителя по рабочим поверхностям магнитных головок.

Для того, чтобы обороты двигателя были постоянными, их регулируют. Например, при использовании центробежного регулятора оборотов (связан с валом двигателя) это происходит следующим образом:

- при скорости вращения меньше номинальной контакты регулятора замкнуты и на обмотку возбуждения двигателя подается номинальное напряжение питания;

- при скорости вращения выше номинальной, контакты регулятора разомкнуты, и питание на обмотку возбуждения поступает через резистор. Обороты падают до номинальных и контакты регулятора замыкаются.

Размыкание и замыкание контактов регулятора приводит к колебанию скорости вращения около номинальной.

ЛПМ обеспечивает равномерную протяжку носителя по стирающей и записывающей головкам.

Кинематическая схема ЛПМ для проволочного носителя приведена на рис. 8 и 9 (вид сверху).

Момент вращения от двигателя (26) на веду-щую кассету (2) передает червяк (8) и блок шесте-рен (1, 9), которые равномерно вращают ведущую кассету (66,5±2 об/мин) и протягивают носитель (линейная скорость 145..195 мм/с). Натяжение носителя (15..35 г) обеспечивает система подтормаживания (25) ведомой кассеты (3).

При обрыве/окончании носителя срабатывает контакт обрыва (10) или концевой выключатель (11), что останавливает двигатель и обесточивает электромагнит (27), который включает тормозную систему (12).

Рис. 8. Кинематическая схема ЛПМ для проволочного носителя: 1,9 - блок шестерен; 2,3 - ведущая и ведомая кассета; 4 - блок зубчатых колес; 5 - кулачек; 6 - каретка; 7 - палец; 8 - червяк; 10 - контакт обрыва; 11 - концевой выключатель; 12 - рычаг торможения; 13 - регулировка подтормаживающего момента; 14 - контактная плата концевого выключателя; 15 - крепления электродвигате-ля; 16 - регулировка зазора электромагнита; 17 - регулировка тормозного момента; 18 - носитель; 19 - регулировка раскладки носителя; 20,21 - стирающая и записывающая головки (ГС, ГЗ); 22 - крепления блока головок; 23 - тумблер включения ЛПМ; 24 - направляющая каретки; 25 - рычаг подтормаживания; 26 - электродвигатель; 27 – электромагнит; 28 - направляющая каретки

Раскладку носителя по кассете производит плата головок, установленная на перемещающейся вертикально вверх и вниз каретке (6) (ход каретки равен высоте кассеты). Перемещение каретки обеспечивает кулачок (5), в паз которого входит палец каретки (7). Момент вращения на кулачок передается от ведущей кассеты через червячную пару (4, 9).

Рис. 9. ЛПМ для проволочного носителя (вид сверху)

Блок формирования сигнала записи предназначен для усиления сигналов от ларингофонов/СПУ до необходимого уровня и выдачи их на головку записи, для прослушивания записанных сигналов и формирования токов стирания и подмагничивания (генератор стирания-подмагничивания).

Сигнал от ларингофона и СПУ поступает на схему автоматической регулировки уровня (АРУ) сигнала от источника звука. При изменении входного сигнала на 20 дБ сигнал на выходе АРУ меняется не более 4 дБ.

После АРУ сигнал поступает на усилитель записи.

Чувствительность усилителя записи в режиме СПУ/ЛАР можно регулировать регулировочным сопротивлением.

Для записи звука используют малогабаритные низкоомные магнитные головки записи и стирания с сердечниками из пермаллоевых пластин. Головки экранированы от внешних магнитных полей. Питание головки стирания током высокой частоты (F~25 кГц) и головки записи высокочастотным током подмагничивания производится от генератора стирания-подмагничивания. Уровень шумов при стирании высокочастотным переменным магнитным полем головки стирания меньше, чем при стирании постоянным магнитным полем.

Бортовое средство записи звука на магнитную ленту. БУР ЗИ этого типа предназначен для непрерывной записи звука на магнитную ленту и сохранения последних (~30 мин.) переговоров (между членами экипажа, с другими экипажами, между экипажем и диспетчерами, звука в кабине ВС) и закодированного времени для синхронизации данных БУР ЗИ (например, МАРС-БМ) и БУР ПИ (например, МСРП-64-2).

МАРС-БМ обеспечивает запись информации по 4 независимым каналам:

- каналы 1-3 - речь (300..3400 Гц). Для записи используют принцип высокочастотного подмагничивания;

- канал 4 - импульсная информация. Для записи не используют принцип высокочастотного подмагничивания.

Для обеспечения непрерывной записи в МАРС-БМ используют ЛПМ челночного типа, которое производит запись при движении носителя в двух направлениях (рис. 10). Для записи используют 8-дорожеч-ный блок универсальных магнитных головок и два 4-дорожечных блока магнитных головок стирания, которые подключаются по очереди в зависимости от направления движения носителя.

Перед записью на 4 дорожки носителя воздействует ток ультразвуковой частоты ( 30 кГц) для стирания ранее записанной информации.

Длина ленты 72±1м, что обеспечивает запись звука более 15 мин. в одном направлении.

Рис. 10. Расположение головок и дорожек

В МАРС-БМ ЛПМ (рис. 11) выполнен по замкнутой кинематической схеме с использованием спиральной пружины в качестве замыкающего звена.

Носитель наматывается на 2 катушки (наружный диаметр 60 мм). Кинематическое замыкание производится по цепи: носитель (26), левая катушка (7), зубчатые колеса (9..11, 16), спиральная пружина (15), зубчатые колеса (17..20), правая катушка (8), носитель.

Постоянно заведенная спиральная пружина создает натяжение носителя.

Привод ленты обеспечивает электродвигатель (n=750 об/мин) с устройством автоматического регулирования оборотов. Двигатель через зубчатую (2,3) и фрикционную пару (25,6) приводит в движение левую катушку (7) с носителем. Поджатие фрикционной втулки (25) производит прижим (4) за счет усилия пружины (5).

Кулачковый механизм (23) нажимает на рычаги микропереключателей по окончании сматывания носителя в крайние положения и выдает сигнал реверса на автоматику.

Кулачковый механизм кинематически связан с ведущей катушкой через червячную (13,12) и зубчатую (10,9) пару. При повороте кулачок воздействует на рычаги (24), которые включают через пружины соответствующие микропереключатели (14). Тракт носителя образует 3 обводных ролика (22) и 3 магнитные головки записи (21).

3. Пути развития БУР. Создание нового поколения БУР ПИ требует новых подходов решения этой проблемы.

Например, для унификации и стандартизации требований к БУР ПИ международный комитет ARINC разработал ARINC-573, который содержит рекомендации по структуре БУР ПИ и основным параметрам проектных решений. В 1979 г. рекомендации ARINC-573 были модернизированы в ARINC-717. В Украине соответственно был разработан отраслевой стандарт «Системы регистрации и обработки ПИ», который определил базовую комплектацию БУР ПИ.

Для ВС разных типов и классов целесообразно создавать разные варианты комплектаций системы регистрации и обработки ПИ. На выбор варианта комплектации влияют технические характеристики и технология эксплуатации ВС.

Современная БУР ПИ состоит из блоков базовой комплектации и наращиваемых блоков (рис. 12). Обмен информацией между блоками обеспечивает мультиплексная шина (ее характеристики соответствуют ГОСТ 18977-80), использование которой позволяет подключать к БУР ПИ любые внешние устройства и уменьшить вес системы, т.к. соединительные провода составляют 40% от ее массы. Для увеличения информативности БУР ПИ в ее состав могут входить дополнительные блоки сбора ПИ (БСПИ), аналогичные блоку базовой комплектации или специализированные, например, для регистрации параметров двигателя.

Базовая комплектация БУР ПИ предназначена для накопления ПИ необходимой для расследования ЛП и ее установка на ВС является обязательной. В базовой комплектации БУР ПИ, с целью его унификации для разных типов ВС, реализованы следующие функции:

- управления и контроля БУР ПИ;

- ввод дополнительной информации;

- программируемый порядок и частота опроса ПИП;

- сбор и преобразование сигналов от ПИП в цифровой код;

- формирования информационного слова для записи на носитель.

С помощью ПУ производится ввод дополнительной информации и управление БУР ПИ.

БУР ПИ можно комплектовать дополнительными блоками:

- эксплуатационным кассетным бортовым накопителем (КБН). Обеспечивает быструю смену носителя данных;

- бортовой системой анализа ПИ (БСА ПИ). Решает задачи эксплуатационного контроля ВС и анализа действий экипажа в полете (состоит из БЦВМ и АЦПУ);

- устройством оперативного документирования (УОД). Для печати на бумажной ленте сообщений о выявленных отказах систем и агрегатов ВС и нарушениях техники пилотирования, которые передают в наземные службы для принятия решения о выпуске ВС в полет.

Вместо ПУ в системе можно установить пульт управления и индикаций (ПУИ) для выполнения таких функций:

- выборка и индикация на дисплей значений параметров;

- ввод служебной информации и констант, которые используют при обработке ПИ;

- печать данных.

Современные ВС обычно оборудованы ЗБН двух типов (рис. 13): один - регистрирует ПИ, а второй - звук. С целью повышения вероятности сохранения информации при ЛП данные можно записывать параллельно на 2..3 ЗБН. В ЗБН встраивают радиомаяки и/или акустические "пингеры", которые для облегчения поиска автоматически включаются при ЛП и выдают ультразвуковые импульсы (37,5 кГц). Для сохранения зарегистрированной информации при ЛП, полые части ЗБН заполняют составом, который выдерживает температуру горения топлива (1100°С), и не дают температуре внутри ЗБН подняться выше 160°С.

Рис. 13. Современный БУР: 1 - подводный радиомаяк; 2 - корпус твердотельного накопителя; 3 - корпус блока питания и аппаратного интерфейса; 4 - надпись «Бортовой регистратор – не вскрывать!»

Революционным событием последних лет является появление БУР на твердотельной энергонезависимой памяти (флэш-память) (рис. 14). Главное преимущество твердотельных БУР - отсутствие движущихся частей (повысило надежность) и улучшение характеристик твердотельного носителя информации (например, емкость) по сравнению с магнитными лентами и фотопленками. Кроме того, твердотельные БУР сохраняют данные при нахождении в огне в течение 30 мин. и ударных перегрузках до 3400g в течение 6 мс (международный стандарт TSO-C124), в то время как у БУР с магнитным носителем эти характеристики соответственно равны 15 мин. и 1000g. Современные накопители могут без риска потери информации лежать в воде на глубине 6000 м в течение месяца и выдерживать статические перегрузки более 2 т в течение 5 мин.

Рис. 14. Твердотельный БУР: 1 – монтажная платформа; 2 - плата памяти; 3, 4 – термо- и гидроизоляция; 5 – внешний корпус (титан)

В будущем БУР могут быть заменены на более современные системы из-за наличия следующих недостатков:

- обработать данные о полете можно только после посадки ВС, когда с БУР сняли носители информации;

- ситуация на ВС требует вмешательства с Земли, но о ней узнают только после окончания полета (см.выше);

- при разрушении ВС возникают проблемы поиска БУР, т.е. его информация может быть потеряна.

Технический прогресс позволил сделать БУР более компактными, легкими и надежными, но экспертам для упрощения расследования ЛП не хватает видеозаписи обстановки в кабине экипажа. Кроме того, видеозапись может предоставлять и другую информацию о кабине экипажа, которую регистрировать другим способом сложно или невозможно. Реализация этого этапа развития БУР с экономической точки зрения стала возможной только недавно.

Органы ИКАО по расследованию ЛП внесли рекомендации по записи изображения с целью дополнения информации БУР полетных данных (БУР ПД = БУР ПИ + БУР ЗИ). Для подобных систем была разработана технология внедрения и спецификация минимальных рабочих характеристик (Eurocae ED-112, 03.2003 г.).

Eurocae ED-112 классифицирует БУР ВИ для различного практического применения:

- класс А - устройство для получения данных, дополняющее БУР ПД (например, движений в кабине экипажа);

- класс В - удовлетворяет требованиям к записям изображения индикаторов сообщений;

- класс C - регистрация полетных данных в случаях, когда их запись с помощью БУР ПД очень дорогостоящая. Могут быть альтернативой БУР ПД на небольших ВС с точки зрения расходов на установку;

- класс D - запись изображения индикаторов на лобовом стекле;

- класс Е - запись оптических изображений, выдаваемых экипажу (например, изображение пассажирского салона).

Эксперты ИКАО по бортовым самописцам предложили поправки к Приложению 6 "Эксплуатация воздушных судов", которые позволяют использовать БУР ВИ вместо БУР ПД при определенных обстоятельствах.

Несмотря на положительные отзывы экспертов (совещание 4.2007 г.) по поводу использования БУР ВИ, они обеспокоены тем, что внедрение БУР ВИ встретит серьезное сопротивление, если использование видеоинформации не ограничить только целями расследования ЛП. БУР ВИ класса С, поле обзора которого охватывает только приборную панель, предоставит экспертам по ЛП важную дополнительную информацию. Было отмечено, что пилоты с пониманием относятся к использованию БУР ВИ класса С, т.к. он производит видеозапись того, что видит экипаж на приборах, а не то, что предположительно показывают бортовые системы, согласно данным БУР ПИ.

Первые БУР ВИ уже появились и это связано с тем, что ВС начали оборудовать вместо стрелочных приборов ЖК-дисплеями. Раньше при столкновении ВС с препятствием стрелки оставляли на шкале прибора отпечаток и эксперты могли узнать, что показывал прибор за мгновение до катастрофы. Ввиду того, что изображение на ЖК-дисплее следов не оставляет, было предложено делать видеозапись приборных досок в кабине экипажа, т.е. выполнять двойной контроль - запись параметров полета (БУР ПИ) и их отражение на приборах и ЖК-дисплеях.

За последние 50 лет известно более десятка случаев, когда после катастрофы самолета «черные ящики» не обнаруживали, и почти все они связаны с падением в море на большие глубины. Последняя катастрофа французского лайнера в Атлантике (рейс Рио-де-Жанейро – Париж), что стало причиной активного обсуждения вопроса о том, можно ли сделать БУР плавучими. Ответ - можно и это давно делают в военной авиации. Например, плавучие БУР для палубной авиации (DFIRS - развертываемый аварийный регистрационный комплекс фирмы DRS Technologies, США), которые удавалось обнаружить на поверхности воды и считать с него информацию практически после всех аварий. Подобные БУР не используют в гражданской авиации из-за значительных дополнительных затрат. При катастрофе БУР с большой вероятностью уйдет на дно вместе с обломками ВС, поэтому надо создать систему, которая при столкновении ВС с водой отстрелит БУР и выбросит его за пределы места аварии (аналог катапульты пилота). При срабатывании датчика, который фиксирует удар о препятствие, БУР выпускает аэродинамические плоскости и пролетает расстояние, на котором его не достанет взрыв, и планирует на воду/землю.

На сегодня Международная ассоциация воздушного транспорта совместно с неправительственными организациями сделали первый шаг к созданию глобальной системы слежения за полетом самолетов. С конца XX в. специалисты пытаются решить проблему передачи на Землю информации «черных ящиков» с ВС по спутниковым каналам в режиме реального времени, что позволило бы своевременно реагировать на критические ситуации в полете. Если на ВС есть какие-то неисправности, то после его посадки не требуется дополнительное временя на обработку данных, анализ результатов и поиск запчастей, а технический персонал сразу готов устранять неисправности. Есть вероятность, что новое оборудование будет иметь голосовой канал, который можно будет использовать как спутниковый телефон, и тревожная кнопка для сообщения о чрезвычайных ситуациях, которые не связаны с неисправностями техники. Подобные разработки уже существуют у военных, но система онлайн слежения имеет проблемы:

- вопрос принятия отраслевых стандартов;

- постоянная передача от ВС по спутниковым каналам объема информации, необходимого для расследования ЛП

- обеспечение хранения больших объемов информации;

- высокая стоимость системы сбора, обработки и передачи информации по спутниковым каналам (сотни тысяч долларов на каждое ВС);

- сохранность данных и охрана информации от хакерских атак.

Понятно, что любая высокотехнологичная система не может быть дешевой. Хотя, специалисты говорят, что для многоместных ВС разница в цене не будет очень заметной, а частные очень подорожают.

Возможно, информация будет передаваться через спутники «Иридиум» - они имеют глобальное покрытие, но пока неясно сколько их потребуется, чтобы следить за каждым ВС. Кроме того, диапазон их частот очень узок для передачи данных. Сейчас специалисты работают над усовершенствованием технологии компрессии.

БУР Уоррена набирает популярность и сегодня. "Черные ящики" устанавливают не только на воздушный, но и на морской, железнодорожный и автомобильный транспорт. Европейская комиссия предложила устанавливать "черные ящики" в автобусы и такси. "Каждый день на дорогах Европы гибнет 100 человек. Хотя с 2001 г. было спасено 80000 жизней, но это не говорит о том, что уже все сделано" - говорит куратор транспорта в Еврокомиссии С.Каллас. Евросоюз планирует с помощью БУР за 10 лет сократить дорожные аварии в 2 раза.

"Водители не должны беспокоиться по поводу установки "черных ящиков". Если их правильно использовать, эти устройства могут доказать невиновность водителя в спорных случаях" - прокомментировал инициативу Еврокомиссии член комитета по транспортной безопасности британского парламента Р.Гиффорд.

PAGE 8

Рис. 2. Размещение БУР ПИ и БУР ЗИ на ВС

Рис. 6. Структурная схема БУР ЗИ с магнитной записью

Блок формирования сигнала записи

Магнитные головки

Микрофон, переговорное устройство

Пульт управления

Бортовой накопитель

Ларингофон, переговорное устройство

Блок формирования сигнала записи

БУР ЗИ

к1-к7

к9-к15

к17-к23

к25-к39

к41-к47

к49-к55

к57-к63

ПУ

Устройство преобразования

. . .

ДАП1

ДАП63

Коммутатор

. . .

ДРК1

РК32

Распределитель

дискретных

данных

АЦП

. . .

Формирователь МОВ

Формирователь выходных сигналов

Накопитель

к8

к24

к40

к56

ккадр к0 к8,к24,к40,к56

Р1

Р8

ОД

служебная

информация

(канал,кадр,субкадр)

ск0

Рис. 4.Структурная схема МСРП-64-2

ОК

Рис. 4.Структурная схема МСРП-64-2

БУР ПИ

РК

АП

Кодирующее

устройство

Бортовой накопитель

Коммутатор

ПИПn

ПИП1

ПУ

ОД

Носитель информации

Лентопротяжный механизм

Автоматика

лентопротяжного механизм

Наушники

Рис. 11. Кинематическая схема ЛПМ МАРС_БМ

Рис. 11. Кинематическая схема ЛПМ

Рис. 12. Cтруктурная схема современной

БУР ПИ

Б к

а о

з м

о п

в л

а е

я к

БУР ПИ

ПУ

БСПИ

ЗБН

БСПИ

ПУИ

УОД

БСАПИ

КБН

Мультиплексная шина

СРЕДСТВА СБОРА И РЕГИСТРАЦИИ ПОЛЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ