Метод забезпечення функціональної стійкості пілотажно-навігаційного комплексу літального апарата на окремих режимах польоту

Abstract

Калашник-Рибалко М.А. Метод забезпечення функціональної стійкості пілотажно-навігаційного комплексу літального апарата на окремих режимах польоту. Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.22.13 «Навігація та управління рухом». Льотна академія Національного авіаційного університету МОН України, Кропивницький, 2018. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуального наукового завдання, пов’язаного з розробкою методу забезпечення функціональної стійкості пілотажно-навігаційного комплексу літального апарата на окремих режимах польоту при впливі на нього комплексу дестабілізуючих факторів, що має суттєве значення для підвищення рівня безпеки польотів, у тому числі і на граничних режимах. Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що: вперше розроблено метод забезпечення функціональної стійкості пілотажно-навігаційного комплексу літального апарата на окремих режимах польоту, який базується на процедурі підтримання у валідному стані баз знань окремих модулів розподіленої системи пілотажно-навігаційного комплексу літального апарата через організацію динамічної верифікації таких баз знань під час їх застосування за принципом ймовірнісного діагностичного ядра з відновленням розподіленої системи без значної перебудови засобів верифікації; удосконалено метод синтезу оптимально розподіленої структури пілотажно-навігаційного комплексу літального апарата в умовах дестабілізуючих впливів, в якому, на відміну від існуючих, застосовані методи оптимізації структури пілотажно-навігаційного комплексу за критерієм максимуму обраного критерію переваги з комплексу критеріїв функціональної стійкості з обмеженням на вартість побудови системи. Метод дозволяє в умовах впливу дестабілізуючих факторів та виникнення можливих позаштатних ситуацій із множини допустимих варіантів обрати раціональний та за рахунок цього підвищити значення показників функціональної стійкості пілотажно-навігаційного комплексу літального апарата до досяжного рівня при обмеженнях на витрати; одержала подальший розвиток модель забезпечення функціональної стійкості засобів навігації супутникової системи навігації у складі пілотажно-навігаційного комплексу літального апарата в умовах впливу нерегулярних варіацій космічної погоди, яка відрізняється від існуючих запропонованою стратегією корегування іоносферних похибок супутникових систем навігації, виходячи з аналізу самих параметрів навігаційних сигналів, що пройшли іоносферу, за допомогою оптимального розташування одночастотної навігаційної апаратури на борту літального апарата. Запропонована модель дозволила розробити рекомендації щодо реалізації механізмів забезпечення функціональної стійкості пілотажно-навігаційного комплексу літального апарата і підвищення ефективності прийому сигналів супутникових систем навігації у порівнянні з існуючими підходами в умовах дестабілізуючих впливів космічної погоди. Практичне значення одержаних результатів дозволяє: підвищити рівень безпеки польотів літальних апаратів, у тому числі і на граничних режимах; забезпечити оптимізацію виконання функцій, покладених на пілотажно-навігаційний комплекс літального апарата; парирувати нештатну ситуацію у пілотажно-навігаційному комплексі літального апарата ще до її виникнення в умовах впливу потоку відмов, пошкоджень, збурюючих впливів внутрішніх та зовнішніх дестабілізуючих факторів; створити умови для побудови та подальшої безпечної експлуатації пілотажно-навігаційних комплексів літальних апаратів нових поколінь; проектувати та експлуатувати функціонально стійкі пілотажно-навігаційні комплекси літальних апаратів для умов внутрішніх та зовнішніх дестабілізуючих впливів, зокрема, потоку відмов, збоїв, навмисних порушень функціонування; здійснювати порівняльний аналіз різних варіантів побудови існуючих пілотажно-навігаційних комплексів літальних апаратів та на основі результатів аналізу надавати обґрунтовані рекомендації щодо вибору найкращого варіанта з точки зору забезпечення функціональної стійкості; здійснювати підвищення показників функціональної стійкості існуючих пілотажно-навігаційних комплексів літальних апаратів до заданого рівня в умовах цілеспрямованого впливу дестабілізуючих факторів за рахунок оптимального введення надмірності з обмеженням на вартість комплексу для забезпечення у разі необхідності оперативного парирування нештатної ситуації та формування відновлюючого управління. Основні результати досліджень можуть бути використані при розробці нових інтегрованих комплексів авіоніки з високими вимогами щодо підтримання функціональної ефективності в умовах впливу внутрішніх та зовнішніх дестабілізуючих факторів, зокрема, потоку відмов, збоїв, навмисних порушень функціонування при одночасному обмеженні додаткових витрат. Kalashnyk-Rybalko M.A. Method of providing the functional stability of the flying and navigation complex of aircraft on separate flight modes. Manuscript. The Thesis for the scientific degree of Doctor of Philosophy (engineering) (Candidate of Technical Sciences) on specialty 05.22.13 – Navigation and Traffic Control. – Flight Academy of National Aviation University. Kropyvnytskiy, 2018. The thesis research paper is devoted to the solution of the actual scientific problem related to the development of method for provision of the functional stability of aircraft flight and navigation complex at separate flight modes, which is essential to increase the level of flight safety, including the boundary modes. The scientific novelty of the obtained results is the following: for the first time the method has been developed for provision of the functional stability of aircraft flight and navigation complex at separate flight modes, which is based on the procedure of maintaining the valid state of separate modules knowledge bases of the distribution system of aircraft flight and navigation complex through the organization of a dynamic verification of such knowledge bases during their application on the principle of probabilistic diagnostic kernel with the reactivation of the distribution system without significant restructuring of the verification means; the method of synthesis of the optimally distributed structure of the aircraft flight and navigation complex in the conditions of destabilizing impacts has been improved, in which unlike existing ones there have been applied the methods of optimization of flight and navigation complex structure according to the maximum criterion of the selected criterion of advantage from a set of criteria of functional stability with the limitation of the system construction cost. The method allows to choose rational variant from the set of valid ones in the conditions of destabilizing factors influence and during occurrence of possible extraordinary situations thus to increase the values of indicators of the functional stability of aircraft flight and navigation complex to an achievable level with the limitation on cost; there has been further developed the model for provision of the functional stability of the satellite navigation system instruments as a part of the aircraft flight and navigation complex under the conditions of the space weather irregular variations influence, which differs from the existing ones by the proposed strategy for adjustment of ionospheric errors of satellite navigation systems, based on the analysis of the parameters of the navigational signals that passed through the ionosphere, using an optimal arrangement of single-frequency navigation equipment on board of an aircraft. The proposed model has made it possible to develop recommendations for he implementation of mechanisms for provision of the functional stability of aircraft flight and navigation complex and to increase the efficiency of signal reception of satellite navigation systems compared to existing approaches in the conditions of destabilizing effects of space weather. The practical value of the obtained results allows: to increase the flight safety level of aircraft, including the boundary modes; to provide optimization of the function performance assigned to aircraft flight and navigation complex; to parry an extraordinary situation in aircraft flight and navigation complex before its occurrence in conditions of the flow of failures, injuries, disturbing impacts of internal and external destabilizing factors; to create the conditions for the construction and subsequent safe operation of aircraft flight and navigation complexes of new generation; to design and operate functionally stable aircraft flight and navigation complexes for the conditions of internal and external destabilizing influences, in particular, the flow of failures, malfunctions, intentional violations of functioning; to carry out a comparative analysis of various variants of existing aircraft flight and navigation complexes construction and, based on the results of the analysis, provide reasoned recommendations as to the choice of the best variant in terms of functional stability provision; to enhance the performance of functional stability of existing aircraft flight and navigation complexes to a predetermined level in the conditions of purposeful influence of destabilizing factors through the optimal imposition of redundancy with a limitation on the complex cost in order to provide, in case of necessity, operative parrying of the extraordinary situation and the formation of restorative control. The main results of the research can be used in the development of new integrated avionic complexes, which have high requirements for maintaining functional efficiency under the influence of internal and external destabilizing factors, particularly the flow of failures, malfunctions, intentional violations of operation in case of simultaneous limitation of additional cost.