Файл: Авиационная и ракетнокосмическая техника Писаренко Виктор Николаевич, кандидат технических.pdf

65
Авиационная и ракетно-космическая техника
Писаренко Виктор Николаевич, кандидат технических
наук, доцент кафедры эксплуатации авиационной тех-
ники. E-mail:victornpisarsnko@gmail.com
Авиационная транспортная система (АТС) - это совокупность совместно действующих воз- душных судов, комплекса наземных средств по подготовке и обеспечению полетов, личного со- става, занятого летной эксплуатацией, техниче- ским обслуживанием, ремонтом ВС и наземных средств, а также подсистемы управления про- цессом летной и технической эксплуатации.
Структурно АТС включает следующие эле- менты (рис. 1.): экипаж, ВС, систему летной и технической эксплуатации, систему обеспе- чения полетов, систему УВД. Применяя далее системный подход к рассмотрению проблемы безопасности полетов, отдельные элементы АТС или их сочетание, в свою очередь, можно рас- сматривать как самостоятельную систему, на- пример «Экипаж - ВС», которая в течение всего времени полета находятся в тесной взаимосвя- зи с системой «Э - ВС»,
Для решения поставленной задачи исследо- вания управления АТС [2] [1] модель допустимо- го традиционного управления АТС представим в виде многоканальной структуры управления
АТС, изображенной на рис. 2.
Техническая сложность современной АТС, многочисленность личного состава служб, уча- ствующих в организации, подготовке, выпол- нении и обеспечении полетов, эксплуатация самолетов в широком диапазоне погодных и кли- матических условий порождают многообразие факторов, влияющих на конечный исход полета.
АТС может рассматриваться как сложная си- стема, каждый элемент (подсистема) которой включает машинные и человеческие звенья, то есть является типичной человеко-машинной подсистемой с ее специфическими свойствами.
Практически для всех элементов АТС могут быть названы общие факторы, определяющие на-
УДК629.7
СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ АВИАЦИОННОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ
© 2017 В.Н. Писаренко
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Статья поступила в редакцию 15.11.2017
В статье проведено исследование состояния и управление авиационной транспортной системы как объекта выполнения авиационного транспортного процесса.Рассмотрено представление летной и технической эксплуатации воздушных судов и службы организации воздушного движе- ния. Выделены главные компоненты системы, обеспечивающие надежное состояние системы и безопасность полетов.
Ключевые слова: системы, структура, надежность, перевозки, авиация, полет, авиационная безопасность.
дежность функционирования этих элементов, а следовательно, и влияющие на безопасность по- летов. К ним относятся: · уровень технической оснащенности службы (подсистемы); функци- ональная эффективность технических средств; надежность технических средств; уровень орга- низации функционирования службы; · профес- сиональная подготовка пилотов, авиаинжене- ров, авиатехников и авиадиспетчеров; уровень
Рис. 1. Структура авиационной транспортной системы

66
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 19, № 6, 2017
дисциплины личного состава; психофизиологи- ческое состояние пилотов; уровень контроля ка- чества функционирования элементов и службы в целом.
Многочисленную совокупность факторов, влияющих на безопасность полетов, можно представить тремя группами: технические, че- ловеческие и внесистемные.
Эти факторы, соответственно, обеспечивают надежность полета [2, 3], и определяются отка- зами авиационной техники, ошибками авиаци- онного персонала и неблагоприятными внеш- ними условиями полета.
Все подсистемы АТС вносят определенный вклад в обеспечение безопасности полетов. Но вместе с тем в этом обеспечении нужно учиты- вать особую, определяющую роль подсистемы
«Э - ВС». Это обусловлено тем, что, во-первых, эта подсистема непосредственно обеспечивает выполнение полета и она самая сложная в тех- ническом отношении из всех подсистем; во- вторых, все остальные подсистемы (службы) в своем влиянии на безопасность полетов опос- редствованы в действия летного экипажа.
Вторую группу системных факторов - чело- веческие - можно определить, как нарушения действий экипажа под влиянием ошибочных действий или бездействий авиационного персо- нала, связанного с организацией и выполнением полета, планированием, подготовкой и обеспе- чением полетов. В таком отношении эти небла- гоприятные факторы выступают как следствие вполне конкретных причин, заложенных в ин- дивидуальных характеристиках людей. Приме- нительно к подсистеме «Э - ВС», в соответствии с общей схемой подхода к установлению факто- ров, в качестве этих причин рассматриваются такие возможности членов экипажа успешного управления ВС, а именно - достаточный профес- сиональный уровень, навыки и опыт летной ра- боты, хорошее психофизиологическое состояние, натренированность и дисциплинированность.
К внесистемным факторам- факторам внеш- ней среды - приняты такие факторы, которые не зависят от внутренних свойств АТС. Это особые условия полета:
- сильный ветер, гроза, кучево-дождевая об- лачность, град, туман, пыльная буря, обледе- нение самолета, атмосферная турбулентность, сдвиг ветра и др.;
- наличие в воздушном пространстве выпол- нения полета птиц, радиозондов, летательных аппаратов, других инородных тел, создающих опасность столкновения.
Следует отметим, что во многих случаях выделить строго, где произошел отказ авиа- техники, провоцирующий ошибки человека, а где действия человека привели к отказу техни- ки, не представляется возможным. Поэтому все авиационные происшествия, произошедшие
Рис. 2. Традиционная структура управления авиационной транспортной системой

67
Авиационная и ракетно-космическая техника
из-за ошибок эксплуатационного персонала, классифицируются по категории человеческо- го фактора, то есть часть неисправностей тех- ники возлагается на человека, а в настоящее время большинство событий классифицируется по организационным факторам: недостаткам в организации летной и технической работы авиаспециалистов, примером этого, является посадка самолета
Beechcraft King Air 350i ави- акомпании «Эйр Самара» в аэропорту Курумоч
25 ноября 2014 г. с убранными опорами шасси под управлением командира воздушного суд- на Андрея Троицкого [4].
К сожадению, это не единственный случай. Пилот австралийской авиакомпании Jetstar забыл выпустить шасси на самолете Airbus A320 при подготовки к по- садке в аэропорту Сингапур 27 мая 2010 года.
22 августа 2017 г. командир частного самолёта
«Sierra» компании «Скаймир» совершил посадку в аэропорту Чебоксары с убранными шасси [5], посадка с убранными опорами шасси 1 октября
2008 года самолёта Boeing 737-300 авиакомпа- нии «КД авиа» в усложненных условиях полета в аэропорту Храброво города Калининграда, что еще раз подчеркивает повторяемость ошибок авиационного персонала и необходимость стро- гого соблюдения в авиации принципов «само- контроля» и «взаимоконтроля». [3],
Авиационное происшествие происходит в результате возникновения в полете нескольких неблагоприятных факторов, последовательно усложняющих ситуацию и приводящих к аварии или катастрофе [1].
Таким образом, авиационное происшествие является в большинстве случаев сложным собы- тием, возникающим и замыкающим событием в цепочке причинно-следственных нарушений и их связей [1].
Поэтому безопасность полетов формулиру- ется следующим образом: безопасность полетов возникает в процессе полета и вне его и обеспе- чивается людьми [3].
Категория «вне полета» описывается как подготовка ВС и экипажа к полету, устранение отказов и неисправностей в работе материаль- ной части АТ, брифинг летного и технического состава, бесконфликтным предварительным планированием полета, организацией воздуш- ного движения.
АТС - это совокупность подсистем, которые взаимодействуют в процессах подготовки и вы- полнения полетов. Каждая подсистема имеет признаки сложных систем и в процессе анали- за может рассматриваться как самостоятельная система, в состав которой входят авиационная техника, авиационный персонал, нормативно- техническая и эксплуатационная документация, места стоянок ВС, взлетно-посадочные полосы, рулежные дорожки, здания и сооружения, аэро- дромный и аэровокзальный комплекс, а также авиационная транспортная инфраструктура обеспечения полетов ВС, различные авиацион- ные службы подготовки и обеспечения полетов, планирования и организации авиационных пе- ревозок пассажиров, почты и грузов.
Интенсивное развитие гражданской авиа- ции в связи с ростом авиационных перевозок на воздушном транспорте обуславливает раз- работку методов комплексной оценки влияния
АТС на безопасность полетов, которые позволи- ли бы количественно оценить степень влияния различных факторов на безопасность полетов.
Для этой оценки необходимо прежде всего рас- смотреть структуру и характеристики АТС.
Структура модели АТС, традиционное пред- ставление которой приведено на рис. 2 [4] как системы, состоящей из отдельных подсистем, представляющих летную службу, службу тех- нического обслуживания ВС, службу наземного обеспечения полетов, службу организации воз- душного движения, вместе со своими програм- мами управления функциональной части АТС.
В произведенном исследовании образа АТС, выполненном автором данной статьи [2], выяв- лен центральный компонент АТС, представляю- щий собой образ человека: пилота, авиаинжене- ра, авиатехника, авиадиспетчера ОрВД, которые назовем субъектом управления.
На втором месте находится воздушное суд- но, вместе с его компонентами, которые назо- вем объектом управления.
На третьем месте находится аэропорт с аэ- родромом, местами стоянок ВС, местами об- служивания пассажиров и рабочими местами персонала служб, которые назовем как про- изводственная и административная база или аэропортовая инфраструктура. Для АТС харак- терна особенность технических систем: единая цель (эффективность и безопасность полетов); управляемость системы, которая имеет иерар- хическую структуру; взаимосвязь подсистем. которые состоят из большого количества взаи- модействующих элементов; наличие разноо- бразных источников информации; уязвимость во время действия случайных факторов; черты самоорганизации.
Особое место в АТС занимает многоуровне- вая система управления авиационным транс- портном процессом.
Таким образом, можно представить структу- ру АТС в современном исполнении, показанном на рис. 3.
Произведем сравнительный анализ надеж- ности описанных структур АТС по [6]. Общая надежность может быть определена как сумма входящих в ее состав наборов состояний, так и путем перемножения показателей надежности узлов, образующих выбранный путь:

68
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 19, № 6, 2017
R
АТС
= R
1-2-4…-n
= R
1
х R
2
х R
4
х
…
х R
n
, (1) где R
i
– надежность i- го узла.
Для упрощения анализа примем, что узлы структуры могут быть только в рабочем или не рабочем состоянии, других промежуточных со- стояний не бывает. Современная обновленная структура АТС имеет наименьшее число узлов и, следовательно, наивысшую степень надёжно- сти. Надежность АТС можно повысить за счет повышения надежности узлов структуры.
Авиационная транспортная работа проис- ходит за счет расхода энергетических ресурсов: топлива на работу авиадвигателей и частичной выработки ресурса материальной части ВС за время полета.
Для предложенной структуры АТС характерны:
- общность систем;
- единая цель (эффективность и безопас- ность полетов); управляемость системы, кото- рая имеет жесткую иерархическую структуру;
- взаимосвязь подсистем. которые состоят из взаимодействующих элементов;
- наличие однородных источников инфор- мации;
- отсутствие уязвимости во время действия случайных событий и факторов;
- черты самоорганизации,
-единая информационную база реального масштаба времени:
- единое расписание движения ВС и план полетов ВС, единая авиационная автоматизи- рованная наземная сеть передачи данных и телеграфных сообщений «АНС ПД и ТС», еди- ная автоматизированную система контроля и организации воздушного движения – АС «Аль- фа», единая система планирования воздушного движения и диспетчеризации служб – АСПВД
«Планета», единая система зависимого от ВС наблюдения воздушного движения « ADS», или
«ADS-B»,
Единая авиационная транспортная система
(АТС) Российской Федерации является произ- водственно-техническим комплексом, от эффек- тивности и безопасности которой зависит беспе- ребойное обеспечение потребностей населения и предприятий в авиационных перевозках при минимизации вредного воздействия на окружа- ющую среду, исключения аварий и катастроф.
Произведем энергетическое исследование
АТС [2]. При авиационной транспортной рабо- те происходит движение материи (М). Материя описывается массой, энергией, информацией
М(m, Е, I), которые назовём компонентами си- стемы. Всё множество систем, входящих в АТС, классифицируем по признаку перемещаемого компонента (m, I, E) на три одноцелевых клас- са: S(m) – обрабатывающий (транспортировка массы оснащенного ВС (самолет, топливо, пас- сажиры, груз, багаж); S(I) – информационный
(получение, обработка, хранение, доставка ин- формации о транспортном полете); S(E) – энер- гетический - процесс изменения характеристик топлива (Е), отражающий расход топлива (Q) и параметры изменения ресурса ВС, t – нара- ботка ВС за рейс (л.час), тарифное расстояние авиаперевозок(L) , масса израсходованного то- плива (m), и амортизационные отчисления (А), а также информация I – сводно-загрузочные данные, центровочный график ВС [1, 3, 4]. Энер- гетический процесс изменения характеристик авиационного транспортного процесса может быть описан следующей функциональной зави- симостью [3]
E = f(m, Q, Е , t, I). (2)
Рис. 3. Современная обновленная структура авиационной транспортной системы

69
Авиационная и ракетно-космическая техника
Одновременно обрабатывается масса, энер- гия и информация
S(m-E-I) = S(m). (3)
Под влиянием комплекса технических средств переработки материи Кр ВС авиаци- онного транспортного процесса и расхода ре- сурсов исходные начальные ресурсы (масса то- плива, количество отправленных пассажиров и местоположение ВС), представленные нулевыми векторами количественных характеристик авиа- ционного транспортного процесса масса, энергия и информация М(т
0
, Е
0
, I
0
), переходят в конечные результаты авиационных перевозок, характери- зуемые векторами информации о произведенной продукции авиационного транспортного про- цесса М(m
тр
, Е
тр
, I
тр
) перевезенных пассажиров, багажа и груза, выполненного тонно-киломе- тража и пассажирооборота, (пкм), затраченного топлива - Q, времени полета ВС t (л. час), аэро- порта посадки ВС.
В данной системе в качестве базового эле- мента выделим комплекс технических средств выполнения полета и переработки материи, основной функцией которого является про- ведение операций над массой, энергией и ин- формацией. Комплексы технических средств обозначим символом Т. Для управления всей
АТС созданы комплексы средств управления (Z), которые на основе анализа информационных потоков I
1
, 1
2
, …, 1
n
выдают управляющие воз- действия U
1
, U
2
,…, U
n на соответствующие ком- плексы обработки информации.
Для прогнозирования процессов управле- ния АТС и оценки эффективности управления произведем декомпозицию АТС на целевые си- стемы и комплексы [9] (рис. 4). Целевая деком- позиция – системы S(m), S(E) и S(I); техническая декомпозиция – комплексы транспортировки ресурсов (К
Т1
), комплексы перерабатывающих средств (К
P
), комплексы доставки результатов
(К
Т2
), и комплексы средств управления (К
Z
); ор- ганизационная декомпозиция – на схеме рис. 4 не показана.
Система управления АТС
S
АТ С
=(S
А

S
PS

S
TS
)=S
ЦПДУ
+ S
ЦДСУ
+ S
ПДСП,
(3)
где взаимодействие систем и комплексов АТС при авиационной транспортной работе пред- ставлено на рис. 5 трехуровневой схемой.
S
коорд
(I) – система координации и управ- ления верхнего уровня иерархии управления
- ЦПДУ - центральное производственно-дис- петчерское управление, отраслевое. S
коорд
(I) является системой информационного класса.
S
произв
(m) представляет обрабатывающий класс.
Система S
экспл
(I) относится к информационно- му классу. Система S
А
является аналогом тех- нической системы, S
PS
– производственная си- стема, S
TS
– система эксплуатации технических средств.
Цикл системы управления АТС:
S
АТС
=(S
А

S
PS

S
TS
)=S
ЦПДУ
+ S
ПДСУ
+ S
ПДСП
. (4)
Рис. 4. Декомпозиция АТС на целевые системы и комплексы
Рис. 5. Схема взаимодействия систем АТС