"Авиация и космонавтика 2003 10" - читать интересную книгу автора

ЯК-130: ПОЛЕТ НА ЗЕМЛЕ

Принято считать, что определяющим признаком истребителя 5-го поколения являются знаменитые уже три «С» – сверхзвуковая крейсерская скорость, сверхманевренность и скрытность (малозаметность). Все так. Но есть и еще одно составляющая – борт, бортовое радиоэлектронное оборудование. В области бортовой электроники в последние годы идет стремительное развитие, напрямую связанный с прогрессом в электронике и информационных технологиях в целом. Скорость обновления элементной базы значительно опережает скорость проектирования истребителя. К примеру, истребитель F- 22 (и его «борт») американцы начинали проектировать в те годы, когда процессор 8086 казался верхом совершенства. Самолет в строевых эскадрильях USAF появится через несколько лет, то есть он остается суперновинкой. А где тот процессор? У вас дома есть суперновый компьютер IBM XT? Заменить процессоры в бортовых схемах – наверное не самое сложное дело. Другой момент, что архитектура БРЭО строится, исходя из конкретной производительности конкретного процессора. Производительность за последние годы выросла многократно, в результате появились возможности пересмотреть в лучшую сторону электросхемы борта (процесс «улучшения и обновления» может продолжаться бесконечно, важно вовремя остановиться).

Раньше разработчики «борта» ломали головы где взять вычислительные ресурсы, теперь – чем загрузить вычислительные мощности. Один из самых талантливых отечественных авиаконструкторов Владимир Иванович Антонов, человек который скомпоновал Су-27, не исключает, что в перспективе вся электроника истребителя будет помещаться в небольшом пространстве перед приборной доской. Причина – дальнейшей рост производительности процессоров и миниатюризации элементной базы. Сложно сказать, сбудется или нет прогноз Антонова, но уже сегодня налицо тенденция снижения общей массы бортовой электроники при одновременном росте ее возможностей.

Традиционно системы управления самолетами проектировались не в авиационных КБ. Принципы и методы проектирования СУ довольно сильно отличаются от принципов и методов разработки летательных аппаратов. Позиции «самолетчиков» и «системщиков» во многом сблизила электроника Современные методы проектирования чего-угодно, хоть электромясорубки, хоть космического корабля, немыслимы без использования компьютерной техники. Волей-неволей инженеры вынуждены все глубже погружаться в мир контуров управления, запасов устойчивости и прочих «прелестей» теории автоматического управления, бывших ранее вотчиной «системщиков». С другой стороны, использование вычислительной техники как в разработке, так и в создании «физического» борта изменило принципы проектирования и построения бортовых систем.

В последние годы много говорят и пишут о принципе «открытой архитектуры», комплексировании бортовых систем. «Борт» открытой архитекторы стал обязателен не только для истребителей 5-го поколения, но и для самолетов поколения 4+. Однако «открытая архитектура» еще не означает завязки систем в единый комплекс. Ряд систем самолета дублируют друг друга Так информацию о скорости можно получать сразу от нескольких источников: допплеровской РЛС, инерциальной навигационной системы. Чаще всего в конкретный момент времени используется информация от одного источника, в то время как за счет простого осреднения показаний двух датчиков, работающих на различных физических принципах, можно значительно улучшить точность показаний. Более сложные методы обсчета позволяют порой улучшить показания на порядок. Это – так называемый «принцип избыточности информации», известный едва ли не «со времен Очакова и покорения Крыма».

Применить принцип избыточности информации в полном объеме (не простое осреднение,а пересчет по одному из методов вышей математики, к примеру, с использованием фильтров Калмана) в авиации стало возможным лишь в последние годы. Расчет должен вестись в реальном масштабе времени, причем чаще всего способами численного интегрирования. Отсюда – повышенные требования к производительности вычислительной техники. Данная, в большей степени технологическая, проблема была разрешена с появлением мощных процессоров. Вторую проблему можно назвать организационной. Сравниваемые замеры параметров должны быть сделаны в одно время, иначе вся математика просто теряет смысл. То есть, необходима жесткая синхронизация работы всех элементов бортового комплекса, а не простоя привязка систем к интерфейсу. Мало увязать комплекс «аппаратно», необходимо синхронизировать работу систем в едином времени (хоть по московскому, хоть по Гринвичу, но – в едином), причем с очень высокой точностью. Комплекс БРЭО 5-го поколения призван удовлетворить непрерывно возрастающие требования к боевым самолетам по следующим важным характеристикам:

– высокая степень автоматизации управления полетом;

– точность, многорежимность, многофункциональность, автоматизация применения оружия;

– обеспечение использования ЛА днем и ночью в простых и сложных метеоусловиях;

– высокая эффективность выполнения полетного задания в условиях противодействия средств ПВО;

– обеспечение групповых действий разнородных средств поражения;

– простота эксплуатации;

– низкая трудоемкость и малое время технического обслуживания.

Все особенности построения комплексов истребителя пятого поколения присущи УТС Як-130. Фактически на самолете стоит борт истребителя 5-го поколения. Это действительно комплекс, работающий в едином информационном поле и в единой временной системе. В комплексе использован принцип избыточности информации с целью повышения ее достоверности. В полной мере реализована «открытая архитектура» – «чистая» система управления полетом наращивается боевыми информационными системами, системой управления оружием, прицельной и оборонительной системами. Причем комплекс можно переконфигурировать под другой ЛА, хоть тот же истребитель пятого поколения. Ничего удивительного в этом нет – в ТЗ оговаривалась возможность переконфигурирования системы управления так, чтобы самолет мог имитировать как и истребитель, так и бомбардировщик. Но разработчики БРЭО пошли дальше – переконфигурированную систему управления можно поставить на другой самолет. На ряд решений в построении архитектуры БРЭО получены международные патенты. Впервые в ношей стране за разработку комплекса БРЭО отвечала не «сторонняя» организация. Весь комплекс спроектирован в ОКБ им. А.С. Яковлева.

Выше говорилось о бортовом комплексе, но ведь и сам самолет входит в комплекс – комплекс подготовки летчика. Помимо реактивного самолета как такового ВВС требовались технические средства обучения – дисплейный класс и тренажеры. Это общемировая практика. В настоящее время обязательным в комплект поставки более-менее крупной партии летательных аппаратов любого назначения считается включение тренажеров.

В 90-е годы в области тренажеров в нашей стране произошел провал. На вооружении ВВС состояли лучшие в мире истребители 4-го поколения МиГ- 29 и Су-27, а тренажеры для подготовки летчиков этих самолетов оставались на уровне тренажеров предыдущего поколения. Между тем, возможно именно тогда нашей стране современный тренажер требовался как никакой другой: боевые самолеты «состояли» на вооружении в самом прямом смысле – стояли на аэродромах. Средний годовой налет летчиков не выдерживал никакой критики.

Таким образом, разразившийся в конце 90-х годов тренажерный бум не стал неожиданным. Слово «бум» в данном случае не преувеличение. Достаточно было посетить стенд любого отечественного КБ на двух последних МАКСах – везде стояли тренажеры, а «фирменные» стендисты не уставали их нахваливать. В каждом тренажере имелась своя «изюминка».

На фоне зрелищных тренажеров, к примеру Су-27 или Ка-50, тренажер Як-130 не смотрится. Работающий тренажер яковлевского УТС впервые был представлен на МАКС'2003. Внимание праздной публики тренажер, конечно привлекал, но не в такой мере как «красивости» других фирм. Зато тренажер пользовался большой популярностью у специалистов. Впервые тренажер самолета заработал раньше, чем в воздух поднялся сам самолет. Это – не тренажер демонстратора Як-130Д, а тренажер серийной машины, чья аэродинамика несколько иная. За разработку тренажера, так же как и бортового комплекса самолета отвечало непосредственно КБ Яковлева. Особенность тренажера – разумное сочетание стоимости и эффективности (поэтому он на первый взгляд и не поражает воображение). На МАКСе был показан не окончательный вариант тренажера. Отработана математика и аппаратная часть, однако пока не решено делать тренажер на основе одного рабочего места в кабине или на основе полноценной двухместный кабины?

В учебно-тренировочный комплекс для ВВС России помимо самолета входят учебные компьютерные классы, процедурный тренажер, пилотажно-навигационный тренажер и специализированный тренажер боевого применения. Два последних без особых проблем могут быть объединены в один. На МАКСе демонстрировался если так можно выразится гибрид пилотажно-навигационного тренажера и тренажера боевого применения. В принципе, все три тренажера имеют единую основу: модуль кабины, вычислительно-управляющую систему, систему визуализации внешней обстановки и имитатора авиационных шумов и речевых сообщений. Модуль кабины аналогичен модулю кабины серийного Яка, для процедурного тренажера – упрощенный, для остальных – полноценный с реальной загрузкой органов управления. Особенностью вычислительно-управляющей системы является возможность сопряжения, как минимум, двух тренажеров, что позволит отрабатывать действия летчиков в составе пары. Рабочее место инструктора вынесено из кабины в отдельный модуль, с которого инструктор может контролировать «полет». Система визуализации сознательно сделана упрощенной. Проецирование местности на плоские экраны ведется из-за экранов. Такое решение в значительной степени упрощает конструкцию и снижает стоимость, однако приводит к необходимости выделения под тренажер помещения довольно солидной площади

Изображение секционировано – картинка на каждый экран выводится с помощью отдельного проектора. Такое решение позволяет наращивать количество экранов в зависимости от платежеспособности заказчика. Один канал визуализации обеспечивает летчику сектор обзора 47 град, по горизонтали и 60 град. – по вертикали. В настоящее время используется трехканальная схема, дающая сектор обзора по горизонту 141 град. Эффектные (и эффективные) сферы перекрывающие всю переднюю и часть задней полусфер по стоимости несоизмеримы с плоскими экранами.

Другим направлениям снижения стоимости тренажера является отказ от имитации перегрузок. Впрочем – эта тенденция преобладает среди российских тренажеров. Однозначной оценки необходимости максимального приближения тренажера к условиям реального полета нет. Перегрузки моделируются 3- и 6-степенными системами подвижности. Однако моделировать 100% перегрузок на тренажере маневренного самолета не удается все равно. Известны случаи, когда на западных 6-степенных тренажеров в ходе «полета» намеренно отключались системы подвижности, но летчики этого не замечали. Специально проведенные исследования показали, что разница между обучающей эффективностью подвижного и статичного тренажера не велика. Зато велика разница в стоимости. Тренажер вертолета ЕН-101 с шестью степенями подвижности стоит больше, чем сам вертолет. Тренажер самолета Як-130 стоит в 8-10 раз меньше, чем сам самолет.

В дальнейшем роль тренажеров будет только возрастать. Не за горами переход от двумерных цифровых карт местности, которые уже широко используются в авиационной навигации, к объемному изображению. После внедрения 3D-технологий полет ночью или в сложных метеоусловиях от полета на тренажере будут отличать только перегрузки. Внедрение цифровых трехмерных баз данных позволит использовать тренажеры для отработки полетов в условиях любой «оцифрованной» местности. Тренажер, таким образом, становится больше, чем просто тренажер. Каждый реальный полет можно будет предварительно проделать на земле. Вот здесь как раз важна разумная стоимость тренажера. Подвижные тренажеры обычно устанавливаются в учебных центрах, количество таких тренажеров исчисляется единицами и имитировать на них каждый полет строевого пилота – дело не реальное. Сравнительно дешевые статичные тренажеры можно устанавливать непосредственно в полках. Плоская система визуализации с заэкранной установкой проекторов довольно дешевая, но требует «лишнего» места. В современных российских реалиях лишнее помещение найти всегда проще, чем «лишние» деньги.

О важности тренажеров говорят данные, приведенные профессором В Н. Ефановым в журнале «Мир Авионики»: при использовании компьютерных обучающих систем «техника пилотирования летчиков была лучше на 0,6 балла, в 2 раза сократилось время определения пространственного положения ЛА. Время принятия решения на продолжение полета при выводе из сложного положения сократилось в 2,5 раза, вероятность ошибочных действий уменьшилась с 0,86 до 0,11».

Проектирование тренажеров (речь идет о статичных тренажерах) в настоящее время имеет много общего с проектированием систем управления самолетов. В основе – математическая модель ЛА. Средства ее аппаратной реализации в принципе те же, что и при реализации системы управления само

лета Иначе говоря, появилась возможность вести комплексное проектирование самолета, бортового комплекса радиоэлектронного оборудования и тренажера силами одного КБ. Именно так сделано в случае Як-130. Такой подход не может не встречать сопротивления специализированных «системных» и тренажерных фирм. Кто прав? Вопрос непростой и ответ на него даст скорее всего история, причем ближайшая. В беседе с автором статьи заместитель Главного конструктора ОАО «ОКБ им. А.С. Яковлева, один из создателей комплекса БРЭО и тренажера, профессор Школин заметил: «Сегодня системы проектирует не тот, кто это должен делать в силу сложившихся традиций, а тот – кто это делать реально может». Вот с этим утверждением не согласится сложно.

Данная статья не является попыткой лоббирования самолета Як-130, либо его комплекса БРЭО или тренажера. Позиция редакции неизменна: когда речь идет о перспективной технике – не дело журналистов, пусть даже с инженерным образованием, решать что лучше, а что – хуже. В случае самолета Як-130 особый интерес представляет общий подход к созданию авиационного комплекса, пожалуй впервые осуществленный в нашей стране. В то же время любому человеку присущ некоторый субьективизм. Определенную роль в формировании субъективных взглядов автора статьи сыграла открытость и доброжелательность специалистов ОКБ им. А.С. Яковлева Главного конструктора К.Ф. Поповича, заместителя Главного конструктора В.П. Шко- лина, ведущего конструктора В.Ф. Сорокина.

16 октября исполняется 100 лет со дня рождения выдающегося советского ученого-аэродинамика Петра Петровича Красильщикова (1903-1965), внесшего огромный вклад в развитие отечественной сверхзвуковой авиации.

В 40-е годы П.П.Красильщиковым были разработаны новые скоростные профили крыла. Он принимал непосредственное участие в создании треугольных и ромбовидных крыльев малого удлинения, нашедших впоследствии широкое применение на самолетах и ракетах.

Последними его работами стали исследования крыла изменяемой в полете стреловидности, которые были воплощены в практику при создании самолета Су-17.

Вадим СИНЯВСКИЙ