ИТМиВТ - Институт точной механики и вычислительной техники С. А. Лебедева РАН
Институт точной механики и вычислительной техники им. С. А. Лебедева РАН - научно-исследовательский институт в области информационных технологий, вычислительной техники и микроэлектроники
English
Главная страница Контактная информация Карта сайта и поиск
Об институте Решения Проекты Образование

Распределенная архитектура перспективных встроенных систем управления газотурбинными двигателями

Ситуация в отрасли

Разработка и выпуск нового самолета становится очень сложной задачей, которая под силу очень крупной компании, либо, что чаще — отраслевой кооперации. В мире наблюдается консолидация авиационной промышленности.

Особенно серьезной и ответственной частью этой работы является разработка систем автоматического управления (САУ), надежность и интеллектуальные возможности которых во многом определяют тактико-технические характеристики и привлекательность изделий для потенциальных покупателей.

В настоящее время в России нет единой концепции построения высоконадежных распределенных встраиваемых систем управления, нет единой элементной базы и нет органа, координирующего такую работу. Как результат, существующие системы управления выполняются на зарубежных процессорах Siemens, Motorola, TMS и других, использование которых недопустимо в перспективных системах вооружений, а иностранные заказчики (Индия, Китай) отказываются от них по причине морального устаревания. При этом серьезной проблемой является то, что каждое КБ использует свои уникальные разработки, несовместимые с разработками других компаний. В итоге созданные модули не являются взаимозаменяемыми, из-за чего невозможно использовать лучшие решения от разных производителей при проектировании самолета.

Предложение ИТМиВТ

По экспертной оценке ИТМиВТ, будущее систем управления за САУ с распределенной архитектурой, которые будут собираться, как конструкторы, из стандартизированного набора функциональных модулей, применяемыми как в авиации, так и в энергетике и судостроении.

В нашем институте накоплен значительный опыт в разработке различных микросхем, в том числе двойного назначения, сформирована команда специалистов по проектированию систем жесткого реального времени.

Серьезные теоретические исследования и детальное понимание проблем отрасли позволили разработать Концепцию распределенной системы автоматического управления газотурбинными двигателями (САУ ГТД) на основе платформенного подхода.

Разработаны принципы построения системы, ее архитектура, реализовано программное обеспечение. Первым успехом в этой области стал запуск в производство процессорного модуля, являющегося центральным звеном системы.

Одной из отличительных черт программного обеспечения, использующегося в нем, является применение многопоточной и многопроцессной операционной системы жесткого реального времени, предоставляющей программисту интерфейс, соответствующий стандарту POSIX.

Достоинства распределенной архитектуры САУ

Создание унифицированной САУ позволяет:

  • серьезно повысить надежность изделий за счет применения типовых модулей;
  • полностью обеспечить комплексное выполнение требований стандартов DO-254 и DO-178B;
  • существенно сократить сроки и трудозатраты на проектирование и освоение производства новых двигателей;
  • унифицировать элементную базу;
  • отказаться от импортной комплектации.

Основа платформы

Концепция архитектуры перспективной распределенной системы автоматического управления газотурбинными двигателями (САУ ГТД) базируется на архитектуре с временным распределением TTA (Time Triggered Architecture). Она позволяет создавать системы высокой надежности и жесткого реального времени.

Основа ТТА-архитектуры — протокол TTP, обеспечивающий сетевой обмен по принципу временного разделения ресурсов. ТТА-подход, кроме системных решений и элементной базы, включает в себя набор программных средств для проектирования, моделирования, разработки, интеграции и верификации системы. Основной компонент программного обеспечения — операционная система TTP-OS жесткого реального времени — разработана в соответствии с требованиями авиационного стандарта DO-178B.

Успех платформы ТТА определяется следующими основными факторами:

  • цена — распределенная архитектура позволяет оптимальным образом разместить функции системы по процессорам сети, снижая тем самым общее количество процессоров и, соответственно, стоимость системы;
  • стабильность и надежность — отказы в аппаратуре и программном обеспечении являются основным источником нестабильности и ненадежности сложной распределенной системы, при этом платформа ТТА на архитектурном уровне обеспечивает устойчивость работы всей системы даже в случае наличия ошибок и отказов отдельных ее компонент, что существенно снижает сроки и стоимость разработки;
  • безопасность — в сложной системе функции различного уровня критичности совместно используют системные ресурсы, поэтому при сертификации централизованной системы ко всем ее компонентам необходимо применять процедуры обеспечения качества, определяемые компонентой наивысшего уровня ответственности. Платформа ТТА обеспечивает архитектурную безопасность и позволяет для каждой функции выполнять лишь необходимые для нее процессы обеспечения качества, тестирования и верификации;
  • резервирование датчиков — возможность использования в различных подсистемах ТТА системы информации сразу со всех доступных датчиков позволяет реализовать режим перекрестной проверки исправности датчиков, что повышает отказоустойчивость всей системы. Это свойство также позволяет минимизировать общее количество однотипных датчиков.

Пример архитектуры распределенной системы

Перспективы внедрения

Унифицированный подход к построению бортовой и наземной авиационной аппаратуры несет разработчикам техники большие преимущества:

  • повышает качество и надежность наземных систем до уровня бортовых;
  • снижает стоимость бортовых систем за счет большого тиража наземных установок.

Реализация задуманных в ИТМиВТ идей позволит существенно повысить безопасность полетов и упростит процедуру проектирования и обслуживания двигателей как для военной, так и для гражданской авиации. Все это, безусловно, прямым образом будет способствовать укреплению позиций России на мировом рынке самолетостроения.

 

© 1948—2016 «ИТМиВТ»
Версия для печати Контактная информация